Еще в 1888 году Дмитрий Иванович Менделеев предложил, вместо того, чтобы с огромными трудностями добывать каменный уголь в недрах земли и подавать наверх, сжигать этот уголь прямо под землей. При этом будут образовываться горючие газы, которые сами легко поднимутся по трубам.
Владимир Ильич Ленин в 1913 году в статье «Одна из великих побед техники» горячо одобрил идею Менделеева. Ленин думал о том, сколько тяжелого труда в будущем социалистическом обществе можно будет сберечь методом подземной газификации.
Капиталисты-промышленники не очень-то заботились об облегчении труда углекопов. Им не хотелось вкладывать большие средства на освоение подземной газификации, тем более, что и потребители требовали не газы, а уголь. И лишь после Октябрьской революции, следуя указаниям великого Ленина, наши инженеры приступили к разработке методов подземной газификации.
Правда, эта очень сложная задача еще и до сих пор окончательно не разрешена.
Ведь требуется создать по существу огромные подземные газогенераторы, работающие без людей и подающие наверх газ нужного качества. Усилиями ученых и инженеров уже найдены способы газификации углей без прорытия специальных шахт. Подземные газогенераторы сейчас подготовляются к работе только с помощью скважин.
Возле города Тулы уже 12 лет успешно работает одна такая станция, снабжая предприятия города угольным газом.
В шестом пятилетии и в последующие годы подземная газификация получит у нас широкое распространение. И тогда-то газовые турбины сослужат неоценимую услугу нашему народному хозяйству.
Первый мощный газотурбинный агрегат для работы на подземном газе в 12 000 киловатт (16 320 лошадиных сил) уже построен на Ленинградском Металлическом заводе и в 1956 году устанавливается в районе подземной газификации. Это сложный агрегат. Газовая турбина здесь будет работать на газах с температурой 650 °C, с коэффициентом полезного действия 27 %, то есть не уступая по экономичности многим паровым турбинам.
Очень нужен мощный двигатель, сравнительно малого веса и размера, и для морских судов. Уже сейчас есть корабли, на которых работают газотурбоустановки. А в дальнейшем таких кораблей будет много.
Но что же пока мешает газовой турбине прочно занять то место, которое уже приготовлено для нее жизнью?
Этому несколько причин.
Во-первых, вы уже знаете, что газовая турбина должна работать при высоких температурах газов. И вам известно, что современная техника уже имеет материалы, которые длительно выдерживают значительные температуры — 500–700 °C. Однако, для того чтобы газовая турбина была экономичнее других двигателей, то есть, чтобы у нее был более высокий коэффициент полезного действия, надо доводить рабочую температуру газов до 800–900 °C. А таких металлов, чтобы долго работали при подобных температурах, еще не создано, — это дело ближайшего будущего.
Надо сказать, что работать не очень долго на таких температурах уже можно и теперь, — авиационные газотурбинные двигатели используют газ с температурой 700–900 °C. Об этих двигателях мы поговорим потом.
Во-вторых, еще не научились пока использовать твердое топливо для газовых турбин. Здесь, правда, можно легче осуществить сгорание угольной пыли, но вред от твердых частиц золы оказывается не меньшим, чем в двигателях внутреннего сгорания. А было бы важно овладеть способом сжигания твердого топлива! Тогда газовая турбина получила бы универсальное применение. Для газотурбоустановок замкнутой схемы эта задача, как вы уже догадываетесь, может быть решена скорее, и в этом направлении сейчас работают инженеры.
У нас в Советском Союзе над созданием газовых турбин работает ряд научных организаций и ряд заводов. Первая в СССР газотурбинная промышленная установка была создана Ленинградским заводом имени Ленина.
Сейчас этот завод и Ленинградский Металлический завод строят газотурбоустановки с полезной мощностью от 3000 киловатт (4080 лошадиных сил) до 12 000 киловатт (16320 лошадиных сил).
За годы шестой пятилетки на обоих этих заводах выпуск турбин резко возрастет. Так, например, на Металлическом заводе в 1960 году будет изготовлено газовых турбин в 11,8 раза больше, чем в 1950 году.
Интересно отметить, что и теперь строятся газовые турбины без собственных камер сгорания. Так, например, на заводе имени Ленина изготовляется мощная турбина для работы на доменных газах, которые пока еще не используются, уходят в атмосферу.
Большие работы ведутся в Советском Союзе по созданию судовых и тепловозных газотурбинных установок.
Таким образом, газовая турбина, которая еще совсем недавно казалась двигателем скорее интересным, чем полезным, теперь уже уверенно входит в жизнь.
Появились газотурбинные электростанции, корабли, тепловозы и даже автомобили. Газовая турбина стала авиационным двигателем.
Пройдет еще немного времени, и газовая турбина — легкий и мощный тепловой двигатель — займет прочное место в технике.
Газотурбинный автомобиль.
Глава VI. Двигатели для больших скоростей
Огненные стрелы
Кто из вас не любовался праздничным салютом, когда стремительные разноцветные ракеты взлетают в вечернее небо и прочерчивают на нем затейливые узоры? Откуда появляется эта сила, которая так далеко ввысь уносит ракету?
Быть может, некоторые из вас думают, что ракета представляет собой своеобразный снарядик, который выбрасывается из пушки-ракетницы силой порохового взрыва и в полете загорается?
Нет, дело обстоит иначе.
Разноцветные ракеты взлетают в вечернее небо.
Ракета — это снаряд, но сила для его полета возникает в нем же самом, внутри, пока сгорает содержащееся в патроне вещество. Значит, достаточно такой снарядик поджечь, как без всякого толчка он улетит в пространство, — надо его только направить. Вы, конечно, знаете, что ракетами-снарядами в Великой Отечественной войне стреляли наши знаменитые «Катюши» и наносили огромный урон врагу.
Конечно, в боевом ракетном снаряде толкающая сила развивается куда большая, чем в увеселительной, праздничной ракете.
Когда появилась первая ракета, трудно сказать, вероятно, вместе с появлением пороха. В древнем Китае ракеты привязывали к стрелам луков, и «огненные стрелы» летели далеко в стан врага, пугая его своими огненными хвостами и шумом, поджигая постройки. Мы не будем углубляться в историю ракеты, — об этом написано много специальных книг. Нас интересует сила, дающая движение ракете, потому что именно эта сила и оказалась использованной в реактивных двигателях.
На странице 143 изображена схема ракеты, внутри которой происходит сгорание какого-либо горючего вещества, например пороха.
Схема ракеты.
При сгорании выделяется много тепла, отчего газы внутри ракеты нагреваются и давят на стенки. Но каждой силе. давления на боковую стенку соответствует такая же сила, действующая на противоположную, и обе силы уравновешиваются. Для силы же, которая давит изнутри на верхнюю стенку ракеты, уравновешивающей силы нет, потому что корпус ракеты не имеет дна и через нижнее отверстие газы просто вылетают наружу. Вот и выходит, что верхняя сила должна толкать ракету. Иными словами, струя газа, вылетая из ракеты и как бы отталкиваясь от нее, в свою очередь толкает и саму ракету.
Теперь вспомним, что и в «сегнеровом колесе» движение получалось точно так же: вытекали струйки воды, и колесо вращалось в обратном направлении.
Мы тогда назвали этот принцип движения «реактивным». Потом мы узнали, что на реактивном принципе работают некоторые турбины. Теперь оказывается, что сила реакции вытекающей струи горячего газа — та самая неуравновешенная сила давления — толкает и ракету. Следовательно, если эту силу заставить выполнять полезную работу, то мы получим новый двигатель, который и будет называться реактивным.