А. М. Исаев, книга "Первые шаги к космическим двигателям", часть 2

Вернуться к КБХМ

Вернуться к 1-й части книги

---

Скачать книгу

Начало пути к двигателю «У»

Летом 1944 года в конференц-зал НИИ внесли груду искареженного железа, перемешанного со стекловатой, электрическими проводами, сплющенными коробками,.

Сопло с вкладышами РД-1М туго начиненными электронной аппаратурой. Это были обломки ракеты Фау-2, привезенные из Польши, которой немцы пользовались как полигоном. Конференц-зал на два месяца превратился в мастерскую-лабораторию, где конструкторы, подобно Кювье, восстановившему по одной кости скелет бронтозавра, по рваным кускам листового железа, алюминия, разбитым агрегатам и электровакуумным лампам восстанавливали секретное оружие Гитлера. По этим обломкам было получено представление о немецкой ракетной технике.

Бригада, где работал И. Ф. Флоров, К. Д. Бушуев и другие, определила баллистические характеристики ракеты, ее назначение, геометрию. Конструкторы сделали общие чертежи, воспроизвели пневмогидравлическую схему двигательной установки, разобрались в системе управления. У двигателистов ОКБ еще больше окрепла вера в необходимость разрабатывать свои ракетные двигатели — простейшие по конструкции, одноразовые и нерегулируемые. Работа над двигателем упрощенной конструкции без повторного запуска началась тут же, после отработки двигателя РД-1. С переходом с оребренного сопла на сопло с щелевым охлаждением стало ясно, что можно делать камеру сгорания из листового материала. И с этой точки зрения получение точеного сопла с гладкой стенкой (РД-1М) рассматривалось не только как средство упрощения двигателя РД-1, но и как проверка возможности вообще отказаться от точеных механических конструкций двигателей.

Впервые камера сгорания из листа была изготовлена осенью 1944 года. Уже тогда для фиксации зазора между камерой и рубашкой были применены продольные проволоки, приваренные по концам к камере. Камера с головкой и соплом от РД-1 была испытана на огневом стенде. Как и ожидалось, она, выдержав несколько запусков на малых тягах, на тяге около 900 кгс потеряла устойчивость и прогорела. Попытки во чтобы то ни стало избавиться от дорогостоящей обработки кованой болванки продолжались в течение всей зимы 1944—1945 гг.


Образцы камер, на которых отрабатывалась камера двигателе У-1250

Основная трудность заключалась в калибровке наружного размера камеры и внутреннего размера рубашки. Сквозь рубашки прогоняли протяжки, на камеры нагоняли кольца, гнули их из толстого листа и «правили» резцом внутренность рубашки, обтачивали толстостенную листовую камеру снаружи, даже фрезеровали на ней продольные ребра вместо приварки проволок. Но все это не приводило к нужным результатам. При механической обработке толщина стенок получалась неодинаковой, не говоря об удорожании процесса обработки; калибровка пробками и кольцами не обеспечивала постоянства зазора.

В ОКБ готовы были уже совсем отказаться от идеи применения листа, как вдруг возникла мысль применить «промежуточную рубашку». Это приводило к нейтрализации неправильностей формы сварных листовых деталей. Судьба сварного двигателя была решена. На сваренную и имеющую неправильности камеру и сопло наваривались проволоки, облегаемые затем тонкой алюминиевой обкладкой. Камера с обкладками вводилась в просторную и тоже неправильной формы рубашку. Зазор между этой промежуточной обкладкой и рубашкой уже не имел значения, лишь бы суммарная щель была достаточной. Это давало возможность отказаться от трубопроводов вдоль двигателя, а все вводы делать на головке.

После решения этой важной проблемы был сразу же вычерчен цельносварной двигатель на тягу 1250 кгс и назвали его У-1250 («У» означало «упрощенный»). Это было 15 апреля 1945 года. Однако, имея к этому времени достаточный опыт работы, в ОКБ не стали сразу делать заказ на изготовление двигателя, а, наметив слабые или «темные» места конструкции, начали готовить такую материальную часть, которая должна была шаг за шагом осветить эти темные места и подкрепить слабые.

Предстояло разрешить немало технологических вопросов. На головке сходилось для сварки одним кольцевым швом пять элементов — надо было освоить сварку этого сложного шва или, скажем крепление форсунок. Твердо отказавшись от поковок не только для камеры и сопла, но и для головки, начали экспериментировать с расклепыванием форсунок на листе. Оправки, обжимки, опецпресс, подбор формы расклепываемой ножки форсунки, проба многих образцов — и этот этап был пройден. Были установлены форма ножки, оснастка и усилие пресса, которые давали прочное и герметичное соединение.

Начались пробные сварки головок. Пятерной шов оказалось необходимо варить атомно-водородной сваркой. Газовая сварка перегревала ближние к шву форсунки и разгерметизовывала их. Далее шла проблема устойчивости камеры от внешнего давления. Было сделано пять камер для статических испытаний, каждая из них многократно подвергалась внешнему давлению до потери устойчивости, а потом «расправлялась» внутренним давлением.

Статистический анализ испытаний позволил установить пределы возможностей такой конструкции. Они оказались невелики: приходилось рассчитывать лишь на тягу в пределах полутора-двух тонн, причем нерегулируемую тягу. Тогда еще никто не предполагал, что удастся справиться с тепловыми потоками, что можно будет, (приварив камеру к рубашке, вовсе снять проблему устойчивости, а следовательно, и проблемы большой тяги и регулирования тяги.

Вскоре после этого оказалось возможным изготовить первую кондиционную головку с фланцами для стыковки ее с неохлаждаемой камерой и начать отрабатывать запуск, т. е. выход на режим, а затем вплотную подойти к решению основного вопроса — отработке факела.

Двигатель с самого начала был задуман на химическом зажигании с подачей зажигательных жидкостей (двух или одной) через все рабочие форсунки. Правда, были вычерчены варианты с пороховым зажиганием и выделением группы пусковых форсунок (как у двигателя РД-1), но дальше развивать эти варианты не стали.

К июню 1945 года удалось получить у Глушко около двух литров зажигательной жидкости. Столь ничтожное количество жидкости не позволило развернуть огневую работу. Было лишь установлено, что тонкораспыленная зажигательная жидкость в воздухе воспламенения не дает, для вспышки необходим экран, смачиваемый зажигательной жидкостью и что при соприкосновении кислоты с зажигательной жидкостью внутри закрытой полости происходит взрыв. Опыты закончились взрывом головки в одной из полостей, где из-за негерметичности мембранных клапанов образовалась смесь.

Затем наступил перерыв в работе над У-1250, продлившийся до декабря 1945 года. Он был вызван поездкой группы руководящих работников ОКБ в Германию для ознакомления с немецкой ракетной техникой. После поездки Исаеву стало ясно, что тот путь, на который встало ОКБ перед окончанием войны, единственно правильный. С конца 1945 года вновь закипела работа над У-1250.

Только двигатели типа «У»

Описанный ниже этап работы ОКБ, бесспорно, имел особое значение. Он утвердил «генеральную техническую линию», обеспечил в дальнейшем выход серийных двигателей, создал ОКБ определенную репутацию.

На определение «генеральной линии», на выработку традиций большое влияние оказали условия работы. Если бы ОКБ располагало хорошей производственной базой, а его работники имели представление о возможностях хорошо налаженного серийного производства с высоким уровнем технологии, наверное, другими были бы их конструкции. Но работники ОКБ не были, так сказать, «развращены» производством. Они располагали весьма малым количеством универсальных станков, простейшей сваркой, испытывали трудности с кузницей, вовсе не имели литья, даже самого простого. Всякий заказ производству сокращался до минимума, да и выполнялся с опозданием. Поэтому первой задачей разработчиков было добиться максимальной простоты, создать конструкцию, которая не требует специальной оснастки и освоения новых технологических процессов, может быть изготовлена из подручных материалов. Простота в производстве, как тогда казалось, означала и надежность конструкции в действии. Максимально упрощая агрегаты, работники ОКБ стремились сократить и количество самих агрегатов. Всякая лишняя связь или блокировка считались смертным грехом. Каждый узел упрощался до предела. Так и вырабатывались традиции, которые сохранялись в течение последующих лет, несмотря на непрерывный рост производственных возможностей ОКБ.

Как уже было сказано, ознакомление с немецкой трофейной техникой не изменило прежней конструкторской линии ОКБ. Но поездка в Германию руководящих работников ОКБ расширила кругозор и на многие вещи заставила смотреть по-иному. Мог быть заимствован один элемент немецкой техники — это самореагирующее с кислотой синтетическое горючее в качестве зажигательной жидкости. Но, конечно, никто в ОКБ не собирался применять эту жидкость как основное горючее. В ОКБ была твердая точка зрения, просуществовавшая много лет: основное горючее должно быть обеспечено неограниченной базой — нефтепродуктом — керосином. Но в качестве зажигательной жидкости разумно было использовать самореагирующее с кислотой горючее — ксилидин.

Запуски начали на открытой головке. При одновременной полной подаче ксилидина и кислоты смесь мощным потоком выбрасывалась из головки и загоралась лишь на земле, и вся струя в воздухе резко детонировала.

Оснащение головки открытой цилиндрической камерой ничего не изменило. Ставить при этих обстоятельствах сопло было рискованно. Решение постепенно подавать топливо сразу привело к хорошим результатам: факел нарастал по мере движения сектора газа, шум увеличивался плавно. Было замечено, что предпочтительнее опережение поступления в камеру ксилидина, так как при запаздывании начинались хлопки. Такая схема запуска — постепенное нарастание расхода при некотором опережении ксилидина — была и принята. Для ее осуществления были спроектированы спаренные пробковые дроссели , с приводом от гидравлического сервоцилиндра.


Камера двигателя У-1250:
а — общий вид камеры двигателя У-1250; б — разрез; 1 — штуцер подачи горючего; 2 — штуцер подачи окислителя; 3—штуцер слива окислителя; 4—штуцер замера давления окислителя перед форсунками

Началась работа по отработке охлаждения, т. е. над головкой двигателя. При проектировании головки У-1250 весной 1945 года мы пошли еще дальше по тому направлению, по которому работали над двигателем РД1М. Было увеличено количество форсунок — до 120. Первые запуски такой головки на неохлаждаемой камере показали весьма высокие средние тепловые потоки, в особенности против периферийных кислотных форсунок. Против них, по кресту, пятисекундныи запуск давал сквозное прогорание 20-миллиметровой стенки сопла. Тогда между кислотными периферийными форсунками и стенкой камеры просверлили полуторамиллиметровые отверстия, через которые подавались струйки керосина над потоками кислоты. Это сразу дало эффект. По этим зонам тепловой поток стал значительно меньше, чем между ними. Однако надо было, во-первых, найти более конструктивное решение, во-вторых, еще более снизить тепловые потоки.



Расположение форсунок на головке двигателя У-1250:
—форсунка окислителя; 5—форсунка горючего


Форсунки двигателя У-1250


Агрегаты двигателя У-1250 (обратный клапан горючего, обратные клапаны окислителя, двухкомпонентный пироклапан, пироклапан воздушный)

Здесь уместно рассказать об изобретенном в ОКБ методе измерения тепловых потоков. Для этой цели применялись неохлаждаемые камеры с толстыми стенками. Цилиндрическая часть камеры состояла из нескольких секций (колец), связанных фланцами, что позволяло собирать камеры различной длины.

По кольцевым сечениям и по образующим камеры были сделаны резьбовые гнезда, в которые ввертывались калориметры. Калориметр — стальная пробка с приваренной к наружному торцу термопарой, вставленная на шамотной глине в корпус, который ввертывался в гнездо камеры, так что открытый торец пробки оказывался заподлицо с внутренней поверхностью камеры. Провода термопары выводились к гальванометру. На оснащенной таким образом камере производился короткий (3—5 с) запуск. Максимальные показания гальванометров, соответствующие (ввиду малой перетечки тепла от стенки к калориметрической пробке и малой теплоотдачи в воздух) средней температуре пробки, фиксировались. Зная ее теплоемкость и время нагрева (запуска), можно было подсчитать удельный тепловой поток в месте пробки. Таким образом, сразу получали эпюру тепловых потоков по длине камеры и сопла по разным характерным для испытуемой головки образующим. Этот способ оказался довольно точным: суммарный тепловой поток, замеренный по этому способу, хорошо совпадал с потоком, определяемым по нагреву охлаждающего компонента. Качественную картину, максимальные значения потока он давал сразу, что было бы невозможно при сложнейшей системе отвода от секционированной рубашки охлаждающей жидкости.

С весны 1946 года активизировалась работа по двигателю У-1250. Производственные возможности ОКБ были весьма ограничены. В течение всей зимы собственными силами изготовляли всю материальную часть. После получения правительственного задания работа по отработке этого двигателя пошла полным ходом. Конструкция двигателя была полностью пересмотрена. Точеный коллектор был заменен коллектором из штампованных листовых деталей. Был выпущен и сдан в производство очень полный набор экспериментальных элементов двигателя, позволяющий опробовать целую серию вариантов. Были заказаны отдельные головки с тремя типами форсунок и тремя способами их расположения, отдельные камеры трех разных геометрических форм: цилиндрическая, мембранная и конусная с разными конструкциями промежуточных обкладок. Мембранная камера представляла собой вариант с плоским дном перед соплом для компенсации удлинения цилиндра камеры за счет выгибания этого плоского соплового днища как мембраны. Все это позволяло осуществить более 60 вариантов двигателя и только нехватка времени заставила сократить программу эксперимента.


неохлаждаемая камера с калориметрами


Двигатель У-1250 на стенде

Пока изготовлялась новая материальная часть, начались огневые испытания тех конструкций, которые были сделаны весной и летом 1945 года и доводились в течение зимы.

Еще осенью 1945 года с учетом особенностей сконструированных камер и начинающей тогда выкристаллизовываться в лаборатории НИИ теории диффузионного горения в камере ЖРД* была запроектирована и изготовлена неохлаждаемая камера конической формы. Эта камера должна была при той же головке и значительном сокращении объема резко увеличить средние скорости газа и интенсифицировать турбулентное перемешивание. Однако из-за больших трудностей с определением секундных расходов невозможно было точно оценить изменения удельной тяги при переходе с цилиндра на конус, удалось лишь определить, что если снижение и происходит, то очень небольшое, что подтверждалось звуком и видом факела, устойчивостью горения на малых и больших расходах и прочими признаками.

После этих испытаний впервые на огневой стенд была поставлена охлаждаемая камера (еще старого задела) с промежуточной обкладкой. Это была цилиндрическая камера с нормальным (120°) входом сопла, собранная со старой головкой и с жесткой (несильфонной) рубашкой. Была осуществлена схема с независимым охлаждением, с подачей для охлаждения кислоты из второй системы баллонов и последующим ее отводом в бочку. Измерение температуры на выходе позволило проверить калориметрический способ измерения удельных тепловых потоков. Проверка дала положительные результаты. Запуски проводились на одном режиме при все понижающемся расходе охлаждающей кислоты. При расходе, соответствующем закольцовыванию, камера и рубашка быстро прогорели в цилиндрической части. Как выяснилось, это произошло из-за заплыва размякшего шнура уплотнения через борт промежуточной рубашки на охлаждающий тракт камеры и неполной герметичности камеры, вызвавшей прорыв газов Б рубашку, давление в которой было весьма мало.

Тем временем начала поступать выполненная материальная часть, и начались систематические испытания, рассчитанные на последовательное отбрасывание неоправданных вариантов. В этой серии испытаний возникли серьезные трудности при запуске из-за больших емкостей рубашек. Дело в том, что рубашки были одинаковы для всех типов камер, а при конусной камере лишние ее емкости были особенно велики. После отсева на испытаниях сперва мембранной, а затем цилиндрической камер и отработки форсунок было найдено наилучшее их размещение, дающее минимальные тепловые потоки. ОКБ вплотную подошло к оформлению уже не экспериментального, а рабочего двигателя. Необходимо было окончательно отработать запуск (выход на режим), так как стало ясно, насколько сильно способ запуска влияет на конструкцию двигателя. Так была выполнена конструкция двигателя с той схемой запуска, которая тогда считалась отработанной: заливка рубашки и механические, постепенно открывающиеся дроссели. Началась отработка дросселей и вскоре стало ясно, что от них надо отказаться.


Принципиальные схемы двигательных установок дли двигателей серии «У»: а — схема для одноразового использования (артиллерийская ракета); 1 — камера; 2 — блок мембраны свободного прорыва-. 3 — баллон пускового горючего; 4 — бак горючего; 5 — дроссельная шайба; 6 — бак горючего; 7 — блок мембраны свободного прорыва; 8 — воздушный пироклапан; 9— редуктор; 10 — баллон воздуха,; 11 — бак окислителя; 12 — воздушный пироклапан; б —- схема для многократного использования (стартовая ракета); / — камера; 2 — баллон пускового горючего; 3— воздушный пироклапан; 4—баллон воздуха; 5—манометр; 6 — клапан обратный; 7 — бак горючего; 8 — редуктор; 9 — бак окислителя; 10 — топливный пироклапан; И — пусковой клапан; в — схема с повторным запуском; 1 — камера; 2 — слевной кран; 3 — топливный кран; 4 — бак окислителя; 5 — баллон пускового горючего; 6 — бак горючего; 7 — клапан обратный; 8 — редуктор; 9 — запорный кран; 10 — баллон воздуха; 11 — манометр; 12 — пусковой кран

Идею конической камеры, кстати, очень одобрял Л. А. Вулис, так как она не противоречила его тогдашним представлениям об организации процесса в камере. Создание лаборатории в НИИ нанесло ущерб ОКБ: в нее перешли И. И. Райков и Г. Г. Головинцова. С их уходом ОКБ лишилось главного испытателя и своего расчетчика.
Они оказались сложны в доводке. К тому же они портили весь облик двигателя, выдержанный совсем в другом стиле. Пробное изготовление головок с горловинами под механические дроссели показало их относительно большую трудоемкость.

Чтобы найти более легкую конструкцию и отказаться от механических дросселей, надо было провести серию экспериментов по изысканию новых схем запуска. Было проверено несколько схем: запуск с форбаллонами при двукратной даче воздуха; ступенчатый запуск с регулированием расходов на воздухе; ступенчатый запуск с регулированием расходов на жидкостных магистралях; наконец — наиболее простой, так называемый «пушечный» запуск, — с резкой дачей полного расхода, без пускового периода. Последняя схема вначале очень обнадеживала, но после двух разрывов камер на седьмом и восьмом запусках пришлось принять схему с гидравлическими дросселями на форбаллонах. Эта схема позволила отказаться от предварительной заливки рубашек, что резко упростило конструкцию двигателя, избавило головку от горловин, сократило в ней количество полостей. После этого был заказан, изготовлен и поставлен на огневые испытания двигатель, как тогда казалось, окончательной конструкции. Испытания показали высокую удельную тягу, хороший ресурс, надежность.

Однако при форсировании двигателя до 1600 кгс камера потеряла устойчивость. К тому времени стало ясно, что температурные напряжения, благодаря удачно отработанной головке двигателя, не носят катастрофический характер. Поэтому двигатель был полностью перепроектирован — выброшены промежуточные рубашки, рубашка приварена к камере по всей поверхности точечной сваркой (через промежуточные ленты). Этот двигатель был изготовлен и прошел все предварительные испытания.

Таким образом был отработан двигатель У-1250, ставший исходным образцом для целого семейства двигателей. Впервые появилась конструкция камеры со связанными оболочками. Этот принцип с тех пор прочно внедрился в отечественное двигателестроение.

В сентябре 1946 года двигатель У-1250 прошел заводские испытания. Эта работа принесла ее участникам глубокое моральное удовлетворение, они понимали все значение У-1250 для последующих разработок. Самое главное заключалось в том, что в двигателе У-1250 была коренным образом решена проблема устойчивости камеры. Благодаря этому открылась возможность увеличивать тягу в одном агрегате, т. е. заложена база для создания целой серии двигателей, одинаковых по конструкции для широкого диапазона тяг.

В последующий период ОКБ продвинулось в поисках наилучшей схемы двигательной установки и определило типовые конструкции всех ее узлов. К концу этого периода наступило даже некоторое упоение успехами: конструкторы стали заявлять, что они уже научились делать ракетные двигатели.

Дальнейшие работы ОКБ

Двигатель У-1250 не был привязан к определенному объекту. Он носил, так сказать, учебный характер. В то время (1946 год) для этого двигателя объектов ракетной техники в сущности не было. Ракетные ОКБ еще не были созданы, но чувствовалось, что их организация не за горами. Сотрудники ОКБ готовились к будущим крупным заказам, которые, как они предполагали, должны были охватить все классы ракет. Камера сгорания У-1250 давала возможность обосновать двигательный комплекс, который, по их мнению, обеспечивал энергетику ракет всех классов более экономично, чем немецкие двигатели. У него были также более высокая надежность и эксплуатационные характеристики. ОКБ определило в то время свою линию в ракетном двигателе-строении. Вот ее основные положения:

1. Топливо. Только керосин и азотная кислота. Специальная химия — только для зажигания.

2. Подача. Только вытеснительная. Она наиболее проста и надежна, при ней получаются вполне приличные в весовом отношении ракеты, даже межконтинентальные.

3. Двигатели (под двигателем понимали тогда, в сущности, одну камеру). Созданная ОКБ камера с плоской головкой, с разумно расположенными на ней центробежными форсунками, обеспечивающими малое «а» в пристеночном слое, коническая камера со связанными оболочками (здесь самое важное именно связанные оболочки), ее цельносварная конструкция могла быть осуществлена по одному типу на весь мыслимый тогда диапазон тяг — от 400 кгс до 9 тс. Технологически такие камеры элементарны, т. е. могут быть изготовлены в любой мастерской.

4. Арматура. Разработанные ОКБ узлы автоматики многоразового и одноразового действия были просты, надежны и позволяли осуществлять схемы как для силовых ракетных установок однорежимных, так и регулируемых, и с повторными пусками.

Характеристики двигателя У-1250, полученные при испытаниях

кн2 ск		1	2	3	4	5
Дата		27.7.46	27.7.46	27.7.46	27.7.46	27.7.46
Тяга, кгс		1307	1290	1290	1332	1307
Продолжительность испытания, с		43,0	43,9	43,9	43,0	43,5
Давление компонентов перед камерой, атм	окислитель	22,6	22,0	22,3	22,3	22,6
	горючее	18,6	18,2	18,0	18,9	18,7
Давление окислителя перед форсунками, атм		19,5	19,0	19,0	19,7	19,4
Секундный расход компонентов, кг/с	к оЗ о	5,15	5,07	5,05	5,14	5,08
	горючего	1,1	1,05	1,02	1,14	1,1
	суммарный расход	6,25	6,12	6,07	6,28	6,18
Весовое соотношение компонентов		4,68	4,83	4,95	4,51	4,62
Удельный импульс тяги, с		209	211	213	212	212
Атмосферные условия	Давление, мм рт. ст.	749,5	749,5	749,5	749,5	749,5
	Температура, °С	+24	+25,1	+25,2	+25,6	+23,3

Таково было кредо двигателистов ОКБ в 1946 году. Многого они тогда не знали, многие их положения были отвергнуты дальнейшим развитием ракетной техники. Но и многое легло в основу отечественного двигателест-роения.

17 июля 1946 года (еще до официальной сдачи У-1250) министру авиационной промышленности М. В. Хруничеву был направлен трогательный по своей наивности и простодушию документ, сохранившийся в архиве ОКБ. В нем конструкторы писали о своих достижениях в разработке новых образцов ЖРД, о созданной ими первой цельносварной выполненной из листа камере со связанными между собой точечной сваркой оболочками — камере У-1250. Эта камера явилась качественным скачком в ЖРД, так как благодаря жесткой связи оболочек между собой допускала изготовление внутренней оболочки, тонкой и легкой. А это, в свою очередь, давало возможность неограниченного форсажа камер по давлению и тяге. На базе камеры У-1250 был спроектирован ряд камер тягой от 400 до 9000 кгс, проделаны расчеты веса и дальности полета ракет, оснащенных этими камерами. Конструкторы просили помощи в строительстве стендов и производственной базы для ОКБ.

Увы, ожидаемого эффекта это не дало. Вскоре филиал НИИ — бывший завод В. Ф. Болховитинова, где базировалось наше ОКБ, был передан другому ОКБ. В это время В. Ф. Болховитинов ушел заведовать кафедрой конструкций самолетов в Военно-воздушную академию им. Н. Е. Жуковского. Начальником НИИ стал М. В. Келдыш — будущий президент Академии наук СССР. Институт все более развивал научную работу в области газодинамики, внутрикамерных процессов в ЖРД. Опытно-конструкторская работа в институте не имела перспектив. Поэтому институт не мог оказать ОКБ такой поддержки, в которой оно нуждалось. А ОКБ надо было жить и работать.

Новые принципы — в дело

Чтобы работать на прежней территории, надо было заинтересовать нового главного конструктора в пребывании на ней ОКБ. Так и поступили. ОКБ приняло заказ на отработку двигательной установки для летающей модели сверхзвукового самолета. Работа развернулась на том же производстве, с теми же конструкторами-самолетчиками, с которыми двигателисты работали и раньше, — сменилось лишь их руководство. Двигатель У-400-10 (на тягу 400 кгс с высотностью сопла 10 километров) уже в феврале 1947 года прошел заводские стендовые испытания. Немного позднее была отлажена вся двигательная установка, и в том же году начались испытания летающей модели на полигоне, что обогатило тогдашнюю зазвуковую аэродинамику. Доводкой всей установки и ее эксплуатацией на полигоне занимался Н. И. Новиков. Ему же принадлежала и конструкция всех узлов автоматики.


Компоновка летающей модели самолета: 1 — трубка Пито; 2 — баллон горючего: 3 — редуктор, 4 — рация, коммутатор; модулятор; 5 — механизм подвески; 6 — баллон окислителя; 7 — автопилот; 8 — камера; 9 — баллон пускового горючего; 10 — парашют; 11 балкон воздуха


Двигательная установка модели на стенде

В начале 1948 года по представлению руководителя НИИ М. В. Келдыша А. М. Исаев получил Государственную премию третьей степени за разработку и внедрение в эксплуатацию жидкостного ракетного двигателя. Это была первая Государственная премия за жидкостную ракетную технику. В это же время ОКБ получило несколько заказов.


Модель подвешена под ТУ-2


Модель после приземления

В конце 1945 года ОКБ было предложено разработать двигатель для морской торпеды. Предложение было охотно принято. Без всяких затруднений был отработан двигатель на тягу 1400 кгс и спроектирована вся двигательная установка. 18 июля 1946 года двигатель с баллончиками на пять секунд работы, заглушённый резиновым листом, обвязанным веревкой поверх сопла, был опущен в пожарный бассейн и закреплен там на глубине около метра. При пуске двигателя можно было заметить кратковременное бурление, вызванное пусковым режимом.

После второго командного импульса, давшего полный расход топлива, за двигателем поднялся черный от ила водяной бугор высотой до 2,5 м и длиной 15—20 м.


Двигатель для торпеды


Общий вид ускорителя СУ-1500: / — баллон (воздуха; 2 — горловина заливки горючего; 3 — мембрана; 4 — горловина заливки пускового горючего; 5 — разделительная пробка; 6 — горловина заливки окислителя; 7 — мембрана; 8— бачок пускового окислителя; 9 — горловина заливки пускового окислителя; /0 — разделительная пробка; 11 — парашют; 12 — капот; 13 — камера; 14 — блок воздушной арматуры; 15— отсечный кран; 16 — сливной кран; 17 — перо амортизатора; 18 — баллон окислителя; 19 — бачок пускового горючего; 20 — баллон горючего

Характерного шума двигателя было совершенно не слышно. Через восемь секунд бугор опал, и вода стала успокаиваться. Утановка была извлечена. Резиновый чехол оказался сброшенным, но остался целым и висел на веревке, к. которой был привязан. Его использовали вторично. Повторный пуск полностью повторил прежнюю картину. Никаких изменений в двигателе и в системе обнаружено не было.


Ускорители на аэродроме


Самолет Ил-28 при взлете

В 1946 году ОКБ «начало новую работу. От ВВС был получен заказ на стартовую ракету, облегчающую взлет самолета. Задача была поставлена тяжелая: стартовый ускоритель на импульс 30000 кгс-с (1500 кгс на 20 с) при весе 100 кгс (пустой) и 300 кгс (взлетный) должен был после взлета сбрасываться на парашюте, заряжаться и вновь использоваться (до 60 раз). Работа над СУ-1500 затянулась. Камера сгорания вышла сразу. Но вся отработка была весьма трудоемка, так как была связана с летными испытаниями.

Вскоре ОКБ поручили отработку двигателя на керосине и азотной кислоте для зенитной ракеты. Это определило судьбу и тематику ОКБ на дальнейший период.

ОКБ должно было перебазироваться в создавшийся специальный институт. Но прошел год, прежде чем первая партия сотрудников ОКБ переехала на новое место, где уже был организован экспериментальный цех. Но стендов на новом месте еще не было, пришлось сохранить до весны 1948 года старую базу.

Итак, работа продолжалась. Отрабатывали двигательную установку для морской торпеды. Пять двигателей были отправлены к морю, где было налажено их дальнейшее производство. На заводе был даже запущен стенд, ОКБ обучило кадры испытателей. На морских испытаниях торпеда показала невиданную скорость, но дальность ее была невелика. В конце концов торпеду так и не приняли на вооружение.

Очень долго шла отработка стартового ускорителя СУ1500. 100 штук этих ускорителей были изготовлены в институте в 1950 году и сданы ВВС, но успехи турбокомпрессорного моторостроения сделали их не такими уж нужными, поэтому дальше они в дело не пошли.

Был получен заказ на двигатель для морской ракеты еще от одной организации. Со своей частью двигатели-сты справились сразу, но летные испытания заняли не один год. В конце концов это изделие было снято.


Ускорители отработали


Двигатель для ракеты ВСНИТО

Наиболее интересной была работа совместно с Всесоюзным научным инженерно-техническим обществом (ВСНИТО). В этой общественной организации организовалось конструкторское бюро, поставившее себе цель — сделать зенитную управляемую ракету. ОКБ чрезвычайно быстро отработало для ВСНИТО двухтонный двигатель и всю схему .силовой установки. Однако эта работа, конечно, не могла быть завершена без базы. За этими заказами -последовали другие, не считая основной работы, обусловившей переход ОКБ в НИИ. За последний год, проведенный на старой территории, удалось сделать нечто принципиально новое и, как ни странно, в области химии.

Изобретение М50

Несмотря на простоту отработанных ОКБ схем одноразовых двигательных установок, конструкторы не могли смириться с необходимостью давать для запуска два последовательных импульса. Имевшиеся тогда пусковые компоненты — ксилидин и четырехпроцентный раствор хлорного железа в азотной кислоте — требовали пускового расхода, составляющего 25—30% от полного. Вот и приходилось применять форбаллоны, усложнять пневматику, ставить реле времени. Надо было во что бы то ни стало добиться «пушечного» запуска.

С 1946 года ОКБ начали посещать химики. Когда они приезжали, то слышали следующее: «Самореагирующее синтетическое горючее — это роскошь. Достаточно керосина. Дайте нам хорошую пусковую пару, позволяющую делать «пушечный запуск». Химики присматривались, приглядывались, но дальше дело не шло. В ОКБ для изучения вопросов, связанных с запуском, была сооружена специальная установка, названная «химичкой»: два топливных баллончика, двухкомпонентный пуско-отсечный кран, монолитная головка с ввернутыми форсунками, к которой четырьмя болтами с проточенными на них калиброванными шейками прикреплялась толстостенная камера с соплом. Баллончики заполнялись на одну четверть исследуемыми компонентами, затем туда подавался сжатый воздух, лотом кран резко открывался. Камера или оставалась на месте, или, сорвав болты, летела вниз, в песок. Болты не рвались — хорошо, рвались — плохо. Вот какая была техника. Ведь безынерционных датчиков давления еще не существовало.


Выход камеры У-1250 на режим на пусковом окислителе-меланже М50, Процесс выхода через: а—0,1 с; 6—0.2 с; в—0,3 с; г—0,4 с; 5—0,5 с

На этой установке было обнаружено, что окислитель М10, применявшийся немцами на ракете «Вассерфаль»,— десятипроцентный раствор серной кислоты в азотной — значительно мягче выводит «химичку» на режим, чем чистая азотная кислота. Работавший на «химичке» В. Н. Перфильев попробовал увеличивать процент серной кислоты. При 15% дело пошло лучше, при 20 — еще лучше, при 30 — совсем хорошо, но самый мягкий выход был получен при 40 и 50 процентах. Так появился меланж М50 — великолепный пусковой окислитель, обеспечивавший «пушечный» запуск. Выход на режим с М50 выглядел так: бесшумно выбрасывался серый дым, в течение секунды (время зависело от запаса меланжа) шум плавно нарастал, серый дым светлел и превращался в настоящий скоростной факел с кольцами Маха. Ни в один из отрезков времени давление в камере (об этом узнали много позднее, когда стали пользоваться безынерционными датчиками давления) не переходило режимной величины. Это было поистине блестящее достижение.

Началось широкое внедрение М50 во все, двцгательгные установки. Ни один запуск на стенде не обходился без меланжа. Он сейчас же был использован в стартовой ракете. Баллончик пускового окислителя вваривался в основной окислительный бак. От основного окислителя он отделялся пробкой, которая вылетала от его напора при подъеме давления. Основной окислитель вытеснял пусковой окислитель и входил в камеру вслед за ним по основному тракту, создавая плавный переход концентрации меланжа от 100% до нуля. Схема установки еще более упростилась, надежность неизмеримо выросла. Щелчок пиропатрона, открывающего клапан сжатого воздуха, свободный прорыв мембран на входе в камеру, и двигатель, выбросив клубочек дыма, плавно, без хлопка выходил на режим. Это выглядело так надежно, что хотелось стоять при запуске рядом с двигателем.

Десять лет М50 служил верой и правдой ракетной технике до перехода на насосную подачу, которая обеспечивала плавное нарастание расхода при раскрутке насосов. Но на стендах, при отработке камер сгорания, его продолжали применять. Установка для намешивания меланжа была снята со стенда лишь в 1958 году.

Через некоторое время конструкторы начали поиски такого пускового горючего, которое могло бы обходиться без пускового окислителя — меланжа. С помощью химиков такое пусковое горючее было изобретено на базе металлического натрия, четыреххлористого углерода и других добавок. Это — так называемая «каша» (она действительно по консистенции напоминала манную кашу). Однако «каша» все же не пошла, так как не удалось обеспечить ее стабильность. Были и другие предложения: активаторы в виде пропитанных особым составом тканей, химические дроссели — шашки с дыркой в трубопроводе, размываемые окислителем, и прочее. Но от них толку было мало. ОКБ все же удалось обойтись без меланжа на объектах с вытеснительной системой подачи: при помощи механического дросселя-автомата. Это случилось в 1952 году.

Заключение

Закончив раздел истории ОКБ, уместно подвести итоги, дать общую оценку деятельности маленького коллектива за первые четыре года их совместной работы. Какой багаж увозил он в новый НИИ?

Они научились делать весьма простые и надежные одноразовые, однорежимные двигательные установки.

Камера с плоской головкой, со связанными оболочками из листового материала. Отличная арматура: воздушные пироклапаны, рвущиеся мембраны, плунжерный воздушный редуктор с обратными клапанами, Одноимпульсный запуск при помощи меланжа М50,

Они ехали в новый НИИ с отличной стендовой арматурой, основанной на крановом уплотнении: нож из стали Я1Т по плоскости из наплавленного стеллита; дифманометрами, сделанными из простых манометров в прочном корпусе с прозрачной крышкой; плунжерной гидравлической мессдозой.

Ехали, отработав целый ряд двигательных установок, в которых нашли применение эти принципы: для летающей модели сверхзвукового самолета, для морской торпеды, для ракеты «воздух—море», для зенитной ракеты ВСНИТО, ехали, сделав стартовый ускоритель для самолетов.


Камеры, отработанные в 1946—1947 годах

Чего не знали, о чем не ведали двигателисты ОКБ? Высокой частоты! Параметры их камер были малы, и они еще не сталкивались с этой грозной опасностью, с этим чудовищным «зверем». Они не сомневались в том, что сделать камеру на тягу 10, 15 или больше тонн в принципе так же просто, как и на две тонны, что все дело в производственных возможностях. Поэтому с легким сердцем они спроектировали камеру на восемь тонн и изготовили первые образцы уже в новом экспериментальном цехе в НИИ. И скрывавшийся ранее «зверь» рыкнул на первом же пуске на старой территории так, что вылетели стекла и чуть не рухнула крыша сборочного ангара, находившегося рядом. Не здесь сейчас говорить о том, как конструкторы боролись с этим «зверем».

Что мог бы обеспечить багаж, накопленный ОКБ на старой базе? Многое. Ракеты «земля—воздух», «воздух— воздух», «воздух—земля» и «воздух—море», даже тактические ракеты «земля—земля» на 100, 300 и 500 км могли быть с успехом осуществлены на двигательных установках, которые ОКБ могло делать.

Послесловие

Алексей Михайлович Исаев предполагал написать продолжение истории деятельности ОКБ, которым он руководил. Однако многогранная конструкторская работа не оставляла ему свободного времени для осуществления этого замысла. А. М. Исаев весь был поглощен работой по созданию двигателей и двигательных установок для хорошо известных всему миру космических кораблей «Восток», «Восход», «Союз», автоматических межпланетных станций «Луна», «Венера», «Марс» и многих других объектов. Кипучая творческая деятельность Алексея Михайловича как конструктора-новатора и ученого далеко выходила за рамки создания собственно ЖРД,

Невозможно, конечно, в кратком послесловии перечислить все то, что создано коллективом ОКБ, которым руководил А. М. Исаев, и лично им за его плодотворную, но, к сожалению, не столь долгую жизнь (1908—1971 гг.) показать огромный вклад в дело развития отечественного двигателестроения. Коллективом А. М. Исаева было создано много ЖРД. И каждый из этих двигателей наиоминает об огромном вдохновенном труде самого Алексея Михайловича Исаева.

Вернуться к 1-й части книги

---

*В. Ф. Болховитинов, став научным руководителем созданного им института, начал организовывать лабораторию, в которой должны были проводить исследования в области ЖРД. В лабораторию были приглашены сотрудники Центрального котлотурбинного института: профессоры Г. Ф. Кнорре, А. А. Гухма.н, Л. А. Вулис. Конечно, они не были специалистами по ЖРД. Но их глубокие познания в области горения и теплопередачи помогли конструкторам ОКБ.

Заказное издание (С) Издательство «Машиностроение», 1979 г.

Показать Скрыть карту