Энергия и цивилизация

Возвратно-поступательные авиационные двигатели совершенствовались очень быстро. Те, что приводили в движение Clipper в 1936 году (большой гидроплан концерна «Боинг», совершавший регулярные перелеты между Западным побережьем США и Восточной Азией), были примерно в 130 раз мощнее тех, которые использовали Райты в 1903-м, при соотношении масса/мощность в десять раз выше (рис. 5.17). Газовые турбины – совершенно новые первичные движители, повысившие эффективность как в авиации, так и во многих других отраслях – были теоретически разработаны в начале XX века, но первые практичные конструкции появились только в конце 1930-х. Фрэнк Уиттл в Англии и Ханс Пабст фон Охайн в Германии независимо создали экспериментальные газовые турбины для военных самолетов, но первые реактивные истребители появились слишком поздно, чтобы принять участие во Второй мировой войне (Constant 1981; Smil 2010b).

Быстрое развитие нового первичного движителя началось сразу после войны. Скорость звука впервые удалось превзойти 14 октября 1947 года на самолете Bell Х-1, сверхзвуковые истребители и бомбардировщики появились в конце 40-х и с тех пор развиваются; быстрейший из них, МиГ-35, дает максимум скорости в 3,2 Маха. Появление газовых турбин сделало возможными межконтинентальные перелеты: их низкий показатель масса/мощность (с тягой в 500 кН он всего лишь 0,06-0,07 г/Вт), высокое соотношение тяга/вес (>6 для коммерческих двигателей, 8,5 для лучших военных образцов), и высокая степень двухконтурности (12 к 1 самое высокое значение, 92 % воздуха, сжатого двигателем, обходит его камеру сгорания; это снижает потребление топлива и уменьшает шум двигателей) отличают конструкцию этих все более мощных и эффективных первичных движителей (рис. 5.17). Газовые турбины в авиации стали столь надежными, что самолеты с двумя двигателями не только пересекают Атлантику, но также задействованы на многих транстихоокеанских маршрутах (Smil 2010b).

Рисунок 5.17.

Все более мощные, но при этом легкие авиадвигатели способствовали прогрессу в самолетостроении. Незадолго до того, как поршневые двигатели достигли предела мощности, появились и начали развиваться реактивные. Двигатели, приводящие в движение большие «Боинги» и «Аэробусы»

имеют соотношение масса/мощность менее 0,1 г/Вт, то есть в 100 раз лучше, чем у братьев Райт. Двигатели военных самолетов еще легче. Основано на данных из Constant (1981), Gunston (1986), Taylor (1989) и Smil (2010b)

Как это часто случается со зрелыми отраслями, глобальный рынок реактивных двигателей в конечном итоге оказался поделен между четырьмя производителями. «Роллс-Ройс» был первым, кто создал коммерческий авиационный движок (в 1953 году), за ним последовали две американских компании, «Дженерал Электрик» и Pratt&Whitney, и CFM International, совместная компания «Дженерал Электрик» и французской Snecma Moteurs, созданная в 1974 году и сосредоточившаяся на создании двигателей для авиации малой и средней дальности (CFM International 2015). Полеты сверхзвукового «Конкорда» (коммерциализирован в 1976 году) оказались слишком дорогими для того, чтобы занять место на рынке, и были прекращены в 2003-м (Darling 2004).

В 1952 году британский Comet стал первым пассажирским реактивным самолетом, но структурные дефекты в большей степени, чем проблемы с двигателем, привели к трем фатальным случаям, и самолет перестали использовать. После изменений в конструкции он снова полетел в 1958 году, но коммерческого успеха добиться не удалось (Simons 2014). Первым успешным коммерческим реактивным лайнером стал «Боинг-707», представленный в 1958 году (рис. 5.18). Первый широкофюзеляжный «Боинг-747» полетел в 1969-м: образцовый лайнер приводился в движение большими турбовинтовыми двигателями с тягой более 200 кН и мог выдавать пиковое значение тяги в 280 МВт во время взлета (Smil 2000с). К 2015 году самый мощный реактивный двигатель, GE 90-115В, выдавал 513 кН тяги.