Если, допустим, мощность двигателя, передаваемая им винту, равна 1000 л. с., а к. п. д. винта равен 80%, то мощность, равная 200 л. с., теряется винтом бесполезно, а 800 л. с. затрачивается на полезную работу винта. Когда этот двигатель с винтом установлен на самолете, то полезной работой его в полете является работа продвижения самолета в окружающей воздушной среде, т. е. работа, затрачиваемая на преодоление воздушного сопротивления. Как известно, работа есть произведение силы на пройденный в направлении ее действия путь, а мощность, являющаяся секундной работой, может быть представлена как произведение силы на скорость движения. В нашем случае силой, производящей работу, является сила тяги. Поэтому полезная мощность N в лошадиных силах равна произведению силы тяги Р в килограммах на скорость полета V в метрах в секунду, т. е.
![](data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAAEoAAAAjCAMAAAAE9WzRAAADAFBMVEUAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABAQEBAQEBAQEBAQEBAQEBAQEBAQEBAQECAgICAgIC
AgICAgICAgICAgIDAwMDAwMDAwMDAwMEBAQEBAQEBAQEBAQFBQUFBQUFBQUFBQUGBgYGBgYG
BgYHBwcHBwcHBwcICAgICAgICAgJCQkJCQkJCQkKCgoKCgoLCwsLCwsLCwsMDAwMDAwNDQ0N
DQ0ODg4ODg4PDw8PDw8QEBAQEBARERERERESEhISEhITExMTExMUFBQUFBQVFRUVFRUWFhYX
FxcXFxcYGBgYGBgZGRkaGhoaGhobGxscHBwcHBwdHR0eHh4eHh4fHx8gICAgICAhISEiIiIj
IyMjIyMkJCQlJSUmJiYmJiYnJycoKCgpKSkqKioqKiorKyssLCwtLS0uLi4vLy8vLy8wMDAx
MTEyMjIzMzM0NDQ1NTU2NjY3Nzc4ODg4ODg5OTk6Ojo7Ozs8PDw9PT0+Pj4/Pz9AQEBBQUFC
QkJDQ0NERERFRUVGRkZHR0dJSUlKSkpLS0tMTExNTU1OTk5PT09QUFBRUVFSUlJUVFRVVVVW
VlZXV1dYWFhZWVlbW1tcXFxdXV1eXl5fX19hYWFiYmJjY2NkZGRmZmZnZ2doaGhpaWlra2ts
bGxtbW1vb29wcHBxcXFzc3N0dHR1dXV3d3d4eHh5eXl7e3t8fHx+fn5/f3+AgICCgoKDg4OF
hYWGhoaIiIiJiYmLi4uMjIyOjo6Pj4+RkZGSkpKUlJSVlZWXl5eYmJiampqbm5udnZ2enp6g
oKCioqKjo6OlpaWmpqaoqKiqqqqrq6utra2vr6+wsLCysrK0tLS1tbW3t7e5ubm6urq8vLy+
vr7AwMDBwcHDw8PFxcXHx8fIyMjKysrMzMzOzs7Pz8/R0dHT09PV1dXX19fZ2dna2trc3Nze
3t7g4ODi4uLk5OTm5ubo6Ojp6enr6+vt7e3v7+/x8fHz8/P19fX39/f5+fn7+/v9/f3///9D
jPKdAAAACXBIWXMAAFxGAABcRgEUlENBAAACq0lEQVR4nGP4TzXAQILalxcvLt6LIfr4HRlG
FTIIB2hIXoFx97GyvPj//68Iy13SjTrD0P7/p7oxjPuN1QBEJep/I92oGQy7///3koPz9fWB
xDPOrf9JN8qd78v/f1pmcH4Sw/P//+vgriTBqH9ydv+vJTIuhwv0MJz6f4T7MhlGXWXgNhN2
BHtn/iwQeZJh5X/dOrg8zKgfhI3axgBz0HsOLTDFXD/TFCEPNeq58ksgeTPY/ipuo9qZoLH+
/3fXBTAtY2fyAsOoPQyTgeRnXek3OE36EST8B03IhqEKiQc1qpNBA0QFdOB2lBMDw1I0oXz+
95hGhaoxngNSZqdxG/XhxQt0V709h8yDGPWU+SRrMZAS/o7bKIIAYtRGjq/mfJ//z7GBCG4/
ewsIQCH68v/LR/9uk2LUBNn/ExiW/M9sBPMeMDKAACsvLy8rLyszL4MNCUZl5v3/JRP0P+gg
mPfv+KfrX69//Xrj2tev1x8ePnwY5qxXL///ugGkn4I4Py5fvrx19RM0o/5ZrP3/P57jqeIn
PJZ+5FVWMTIzNTAzMwv3DXRKS0908UnUX4xm1GOWZ///X2Y3heXM2W0ZQNDfXjsbCGoyMnrA
on/+/iPswYlcINKbIRUqOMUtHQgK06uLQHSMaQVeI5CNesbBtApIdTOwXCJKDx6j/q1cBEq1
fy4ve02pUSSAb5P7+vpqL/7fs+XA7ErKjOpn5ecXZ9rxX4Cfn7+MMqOydv3/vyb6//8wLHIk
GgUEj6SAKTb4+0uMlEG6UZH1wCJBMkJffwulRp1hBdapX1y//W9huUihUekWUMYVhimUGfVN
JAlINun8ABrVQJlRlximAkkvlX//DzGsp8yoRoZtQHKv8PRJWhG/KTPq6exXIOpyadyCv2hS
pCcGnICKRgEAwxo9LvqjlzkAAAAASUVORK5CYII=)
(деление на 75 связано с переходом от килограммометров к лошадиным силам). Если, например, скорость полета самолета V равна 100 м/сек, т. е. 360 км/час, то полезная мощность может быть выражена формулой
Значит, сила тяги Р, развиваемая винтом, будет равна
Если же скорость полета V увеличится до 200 м/сек, т. е. станет вдвое большей (720 км/час), то при той же полезной мощности 800 л. с. сила тяги винта будет равна
т. е. уменьшится вдвое.
Таким образом, тяга, развиваемая воздушным винтом, приводимым во вращение поршневым авиационным двигателем, и тяга, потребная для осуществления полета самолета, с ростом скорости полета меняются неодинаково, как это нужно было бы для непрерывного роста скорости. Мало того, их изменения оказываются диаметрально противоположными: потребная тяга быстро растет, а тяга воздушного винта падает.
Это расхождение между тягой, развиваемой воздушным винтом, и тягой, потребной для полета, и является той причиной, вследствие которой поршневой авиационный двигатель оказывается малопригодным для полета на больших скоростях. Чтобы получить большую тягу, потребную при увеличении скорости полета, на самолете необходимо установить и более мощные двигатели.
Но увеличение мощности двигателя скоростного самолета возможно лишь за счет значительного увеличения его размеров и веса. При этом неизбежно увеличиваются и размеры самолета, растет его сопротивление и, как следствие, снова увеличивается потребная тяга.
Поэтому установка нового, более мощного двигателя на самолете сравнительно немного увеличивает скорость его полета. Чем больше скорость полета, тем труднее, с помощью поршневого авиационного двигателя добиться нового увеличения скорости. Но еще хуже обстоит дело, когда скорость полета приближается к скорости звука. Из-за потерь, связанных со сжимаемостью воздуха при скоростях полета, близких к скорости звука, сопротивление летящему самолету увеличивается уже пропорционально не квадрату, а пятой и даже шестой степени скорости полета. Это значит, что для увеличения скорости полета всего на 10% винт должен развивать тягу, увеличенную почти на 80°/о. А так как мощность двигателя, как указывалось выше, при неизменном к. п. д. винта пропорциональна произведению тяги на скорость полета, то она должна при этом возрасти примерно в 2 раза!
Кроме того, следует учесть, что при значительном увеличении скорости полета и винт также начинает работать хуже. Это объясняется тем, что при движении лопасти винта с околозвуковой скоростью появляются известные нам неприятности, связанные с сжимаемостью воздуха. В результате при той же тяге на вращение винта приходится затрачивать большую мощность — к. п. д. винта падает.
Следовательно, при увеличении скорости полета на 10% мощность двигателя должна возрасти более чем в 2 раза. При этом размеры и вес двигателя должны остаться прежними, иначе потребная тяга увеличится и весь расчет придется начинать сначала.
Понятно, почему увеличение скорости полета и приближение ее к скорости звука оказались роковым для поршневого двигателя. Пробить «звуковой барьер» (рис. 6) поршневому двигателю не под силу. Для решения этой задачи потребовался двигатель принципиально другого типа. Слава поршневого двигателя как основного двигателя авиации закатилась.
Это не значит, конечно, что поршневые двигатели стали вовсе непригодными для авиации. Они все еще находят широкое применение и будут применяться в авиации долгое время. Но их применение ограничится самолетами с малой скоростью и главным образом большой продолжительностью полета. При этих условиях поршневые авиационные двигатели сохраняют свои достоинства.
Таким образом, поршневые авиационные двигатели уже не только перестали быть единственными двигателями авиации, какими они были в течение почти полувека ее развития, но и не занимают в ней ведущего положения, они отошли на второй план. Основное внимание уделяется теперь не им, а тем новым двигателям, которые пришли им на смену.
Рис. 6. «Звуковой барьер» — непреодолимое препятствие для самолетов с поршневыми двигателями (с увеличением высоты температура воздуха понижается, поэтому скорость звука уменьшается)
Что же это за двигатели, вызвавшие техническую революцию в авиации?