книги из ГПНТБ / Феодосьев В.И. Введение в ракетную технику Учеб. пособие

В. И. ФЕОДОСЬЕВ и Г. Б. СИНЯРЕВ

ВВ Е Д Е Н И Е

ВРАКЕТНУЮ ТЕХНИКУ

ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ИСПРАВЛЕННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ

Допущено Министерством высшего образования СССР

в качестве учебного пособия для высших технических учебных заведений

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО О Б О Р О Н Г И З

М о с к в а 1960

ПРЕДИСЛОВИЕ

В последние годы в связи с крупными успехами ракетной тех­ ники резко возрос интерес широких технических кругов к вопросам ракетного полета, что вызвало большую потребность в технической литературе, посвященной этому вопросу.

Авторы поставили перед собой задачу ввести читателя в курс

Поскольку ракетная техника во все времена развивалась глав­ ным образом с целью военного применения ракет, вопросы ракет­ ной техники и теории реактивного полета приходится так или ина­ че связывать с прикладными военными задачами. В настоящей работе такая связь дается лишь по необходимости и главным об­ разом при описании типов конструкций и назначения ракет. Что касается боевого применения ракет и общих вопросов ракетной артиллерии, то на их освещение настоящая работа не претендует. Изложение многих 'специальных вопросов ракетной техники, но­ сящих самостоятельный характер, как, например, вопросов радио­ управления, самонаведения, телеметрии и некоторых других, либо опущено, либо дано весьма сокращенно. Однако сообщенные в кни­ ге сведения достаточны для того, чтобы читатель смог составить себе четкое представление о ракетной технике в целом.

При подготовке книги ко второму изданию были исправлены погрешности первого издания и внесены в текст дополнения и из­ менения в связи с достижениями ракетной техники за последние годы.

Гл. Ill, IV, V и большая часть гл. VI настоящей книги напи­ саны Г. Б. Синяревым. Остальные главы и разделы написаны В. И. Феодосьевым. Им же осуществлено общее редактирование книги.

В своей работе авторы постоянно находили дружескую под­ держку и помощь со стороны товарищей, которым они выражают здесь свою глубокую благодарность.

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

Когда говорят о реактивном принципе движения, имеют в виду движение под воздействием силы отдачи, т. е. реакции потока ча­ стиц, отбрасываемых от аппарата.

Не всегда удается строго провести границу между реактивным и нереактивным принципами движения. Не следует забывать, что всякий способ передвижения в широком смысле слова основан на реактивном принципе, т. е. на отбрасывании некоторой массы в обратном направлении. Лодка и пароход движутся в результате реакции массы воды, отбрасываемой в обратном направлении. Винтовой двигатель самолета создает тягу, отбрасывая назад массу воздуха. Спортсмен, прыгающий вверх, отталкивает одно­ временно вниз землю, хотя и с неизмеримо меньшей скоростью, чем движется вверх сам.

Как видим, во всех случаях сообщение скорости какой-либо массе связано с сообщением обратной по направлению скорости другой массе, и в этом смысле всякое механическое движение можно было бы считать основанным на реактивном принципе. Од­ нако в понятие реактивного принципа принято вкладывать более узкое содержание. Для реактивного движения является характер­ ным отбрасывание сравнительно малых масс со сравнительно большой скоростью, создающих реакцию прямого действия.

Илодка, и пароход, и самолет с воздушным винтом двигаются

врезультате реакции непрямого действия. Здесь между двигателем, являющимся источником энергии, и отбрасываемой массой воды или

молета —■воздушный винт. Спортсмен, прыгающий вверх, отталки­ вается при помощи своих ног, которые в данном случае также вы­ полняют функции движителя.

В перечисленных примерах именно наличие движителя являет­ ся характерным признаком реакции непрямого действия. В тех слу­ чаях, когда движитель отсутствует, создаваемую двигателем реак­ цию называют реакцией прямого действия. Так, например, обстоит

Говоря о реактивных двигателях, следует различать воздушнореактивные двигатели, работа которых связана с окружающей сре­ дой, и ракетные двигатели, которые могут работать, вообще говоря, независимо от окружающей среды.

Самолеты, снабженные воздушно-реактивными двигателями {ВРД ), называются реактивными самолетами; а в том случае, когда они управляются пилотом-автоматом и используются как снаряды, — самолетами-снарядами. Воздушно-реактивные двига­ тели питаются горючим, имеющимся на борту самолета. В качестве окислителя для этого горючего используется кислород воздуха. Следовательно, работа воздушно-реактивного двигателя зависит от окружающей среды, и летательный аппарат с таким двигателем может двигаться в безвоздушном пространстве только по инерции.

Аппараты, снабженные ракетными двигателями, называются ракетными аппаратами или просто ракетами. Истекающие из ра­ кетного двигателя газы образуются исключительно за счет веществ (обычно—горючего и окислителя), содержащихся в самой ракете. Именно это обстоятельство делает работу ракетного двигателя не­ зависимой от окружающей атмосферы. Ракета может совершать моторный полет и в безвоздушном (межпланетном) пространстве.

Воздушно-реактивные двигатели называют иногда просто ре­ активными двигателями в отличие от ракетных, хотя понятие «ра­ кетный» и включается в более общее понятие «реактивный».

Рассмотрим теперь, какие причины заставили современную технику обратиться к реактивному принципу движения и почему реактивная техника особенно бурно развивается именно сейчас.

Реактивный принцип движения наиболее выгоден при больших скоростях, а в настоящий период авиация как раз и осваивает та­ кие скорости, на которых реактивные двигатели более эффективны, чем винтомоторные. При большой скорости полета, плавания (или вообще движения) сильно возрастает сопротивление среды (возду­ ха, воды). Поэтому для поддержания повышенной скорости необхо­ дима при неизменном весе и геометрических формах летательного аппарата или корабля большая мощность двигателя.

Увеличение мощности обычного авиационного поршневого дви­ гателя связано с усложнением конструкции, а самое главное — с примерно пропорциональным увеличением его веса. Вместе с тем увеличение веса двигателя, а следовательно, и веса летательного аппарата требует для поддержания той же скорости увеличенной тяги, т. е. увеличения мощности. Таким образом получается, что без снижения удельного веса, т. е. веса двигателя на единицу мощ­ ности, высокой скорости достичь не удается, и поршневой двига­ тель в этом случае практически не дает эффекта. Поэтому на боль­ ших скоростях оказывается более целесообразным использовать прежде всего двигатель, в котором воздушный винт приводится в

движение от газовой турбины, т. е. так называемый турбовинтовой двигатель. Этот двигатель позволяет получить резкое снижение удельного веса по сравнению с поршневым (примерно в два раза).

Следующим шагом к достижению высоких скоростей является отказ от движителя как основной причины увеличения веса дви­ гателя, т. е. переход к использованию реакции прямого действия и, следовательно, к воздушно-реактивному двигателю.

При малых скоростях отказ от движителя не оправдан, так как при этих скоростях все движители рациональной конструкции до­ статочно эффективны. Поэтому вряд ли можно ожидать, что реак­ тивный принцип найдет применение, например, в автомобильном или мотоциклетном транспорте. Его будущее — именно в высоко­ скоростной авиации. Для получения еще более высоких скоростей необходимо выйти за пределы атмосферы. Длительный полет в

пределах атмосферы при скоростях около 2 км/сек и более весьма затруднен из-за интенсивного нагрева летательного аппарата. Са­ молет с воздушно-реактивным двигателем не может выйти в силь­ но разреженные слои атмосферы, где он не встречал бы большого лобового сопротивления. На очень больших высотах будет недо­ ставать воздуха для нормальной работы двигателя.

Таким образом, здесь уже не приходится рассчитывать ни на воздушно-реактивный, ни тем более на поршневой двигатели, рабо­ та которых без воздуха невозможна. Единственным двигателем, пригодным для такого полета, является ракетный двигатель.

Ракетный двигатель обладает, наконец, еще одной важной осо­ бенностью. Это двигатель, который позволяет человеку осваивать межпланетное пространство. Уже сейчас с помощью искусственных спутников Земли и космических ракет человек начал завоевание космических пространств. Недалеко то время, когда при помощи таких ракет человек сможет преодолеть силу земного притяжения и отправиться в далекие и заманчивые путешествия по Вселенной. Эта задача еще не решена, но современная наука и техника при­ близились к ней вплотную.

***

Ксозданию мощных современных ракет человек пришел не сра­ зу. Потребовалось много веков упорного труда и исканий в самых различных областях техники и естествознания, пока не были накоп­

лены знания, позволяющие сделать первые заметные шаги в обла­ сти ракетной техники.

Принцип движения с помощью прямой реакции известен был очень давно. Наиболее ранними из известных нам ракетных двига­

телей были двигатели пороховых пакет, применявшихся уже около пяти тысячелетий назад в Китае вначале в увеселительных,

а затем в военных целях. Н. Г. Чернышев высказывает, на наш взгляд, совершенно правильную мысль, что изобретение пороховых ракет и их применение в каждой стране следует непосредственно

Развитие ракет в Европе продолжалось до восьмидесятых годов прошлого столетия, пока не появились нарезные артиллерийские орудия, заряжающиеся с казны. С этим оружием как по скоро­ стрельности, дальности, так и по кучности боя ракеты того вре­ мени уже не могли конкурировать, и вплоть до второй мировой войны ракета полностью снимается с вооружения всех армий мира.

В России (в дошедшей до нас литературе) древние русские ра­ кеты описаны впервые пушечным мастером Онисимом Михайловым в его «Уставе ратных, пушечных и других дел, касающихся до воен­ ной науки» (1607— 1621 гг.). Под­ робно описав русские ракеты, он указывал на их применение не только для увеселений, но и в ка­ честве боевого средства.

Несмотря на большие работы по ракетам, последние ни во вре­ мена Петра, ни в более поздние времена не имели широкого бое­ вого применения вплоть до двадцатых годов XIX столетия. Причи­ ной этому были в основном большие успехи русских артиллеристов в области изготовления и боевого применения артиллерийских орудий.

Начавшаяся Отечественная война 1812 г. предъявила новые тре­ бования к артиллерии: увеличение дальности стрельбы, повышение подвижности артиллерийских орудий, обеспечение массированного артиллерийского огня. Над этой задачей трудились лучшие умы рус­ ских военных техников-артиллеристов. Развивая дальше отечествен­ ную артиллерийскую ракетную технику, они самостоятельно созда­ ли удачные конструкции боевых ракет (фугасных и зажигатель­ ных) и легкие пусковые станки к ним. Здесь в первую очередь сле­ дует отметить труды генерала Александра Дмитриевича Засядка (1779— 1837 гг.), внесшего в 20-х годах прошлого столетия большой вклад в дело развития отечественной ракетной техники.