О пути и открытиях ученого, которые опередили свое время

Борис Стечкин. Кадр из фильма «50 лет ЦАГИ»

Развитие отечественного авиадвигателестроения невозможно представить без Бориса Сергеевича Стечкина. Именно он одним из первых создал научную основу для проектирования реактивных двигателей и воспитал целую плеяду инженеров, определивших развитие авиации XX века. К 135-летию со дня рождения ученого рассказываем о его пути и открытиях, которые опередили свое время.

Первые шаги к будущей профессии

Борис Стечкин родился 5 августа 1891 г. в селе Труфаново Тульской губернии в дворянской семье. Окончив Орловский кадетский корпус, он поступил на механический факультет Императорского Высшего технического училища в Москве (сегодня — МВТУ им. Баумана). В училище Борис вместе с другими студентами: Туполевым, Архангельским, Юрьевым, Ушаковым, Ветчинкиным и др. — принимал активное участие в работе знаменитого воздухоплавательного кружка под руководством Николая Егоровича Жуковского, а также создавал аэродинамическую лабораторию технического училища.

Н. Е. Жуковский в кругу близких, студентов и родных, 1915 год. Борис Стечкин стоит крайний справа. Фото: Научно-мемориальный музей профессора Н.Е. Жуковского

С первых дней обучения Стечкин увлекся теорией авиационных двигателей внутреннего сгорания и гидродинамикой. Это предопределило его дальнейший жизненный путь. В 1918 году Стечкин успешно завершил обучение и по просьбе Н.Е. Жуковского был оставлен при училище для занятий авиационными моторами. Помимо работ по моторостроению, Борис Сергеевич читал курс лекций, активно занимался научной деятельностью, что позволило ему в 1921 году получить ученую степень профессора.

Работа в ЦАГИ и ЦИАМ

Стечкин был одним из организаторов и создателей Центрального аэрогидродинамического института — ЦАГИ, основанного 1 декабря 1918 года. С первого дня и до 1930 года Стечкин работал в институте руководителем Отдела винтомоторных установок, где проводились испытания и исследования авиационных двигателей, поступающих в эксплуатацию. Практически все советские авиамоторы, созданные в предвоенный период, прошли через руки Бориса Сергеевича, который приложил немало усилий, знаний и опыта для их доработки, отладки и запуска в серийное производство.

Борис Стечкин и Сергей Чаплыгин, 1920-е гг. Фото: Научно-мемориальный музей профессора Н.Е. Жуковского

Кроме непосредственных работ по авиадвигателям, Борис Стечкин был членом коллегии и заместителем председателя ЦАГИ, видного советского ученого-аэродинамика Сергея Алексеевича Чаплыгина. Следует отметить, что Стечкин был не только кабинетным ученым — он активно участвовал в практических работах и испытаниях. Так, еще в 1918 году он являлся членом комиссии ЦАГИ по постройке аэросаней, которые сыграли немалую роль в качестве транспортного средства при освоении советского Севера, а в 1929 году в аэросанном испытательном пробеге Стечкин лично вел одну из машин.

Зимой 1930 года на базе отдела винтомоторных установок ЦАГИ был создан Центральный институт авиационного моторостроения — ЦИАМ. В новый институт перешел и Борис Сергеевич, который в 1935–1937 гг. работал заместителем начальника ЦИАМ по научной части.

Теория, изменившая авиацию

Глубокие и разноплановые знания теплотехники и теории двигателей привели Бориса Сергеевича к одному из его главных открытий. По воспоминаниям сотрудников и коллег, свою новую теорию он долго вынашивал, проверял, корректировал и изложил впервые не в печати, а на одной из лекций студентам механического факультета МВТУ в 1928 году. Это стало генеральной репетицией, после которой он выступил со специальным научным докладом на технической конференции ЦАГИ. И только после всех этих мероприятий в открытой печати появилась его статья «Теория воздушного реактивного двигателя».

Одним из первых Борис Сергеевич дал определение воздушному реактивному двигателю (ВРД) как сочетанию воздушного двигателя и тепловой машины, в котором располагаемое тепло сообщается рабочему воздуху и идет на увеличение его количества движения, в результате чего получается некая движущая сила. В своей работе ученый разработал схему такого двигателя, обтекаемого сжимаемым газом, который имеет в бесконечности скорость V и давление Р, а затем, на основе теоремы Эйлера, предварительно примененной им для элементарной трубки тока, доказал вначале вспомогательную лемму, а затем и саму теорему о силе тяги воздушно-реактивного двигателя, выразив ее в виде формулы. Этой формулой и по сей день пользуются во всем мире. В признание заслуг автора ее именуют формулой Стечкина.

Также в статье Борис Сергеевич дал определение основных коэффициентов полезного действия ВРД. Теория Стечкина относится к воздушно-реактивному двигателю любого типа с сообщением воздуху, проходящему через двигатель, как тепла, так и внешней работы. В выводах автор особо подчеркивает, что эффективность ВРД повышается с ростом скорости полета, и в качестве примера показывает, что при очень больших скоростях полета воздух в ВРД может сжиматься без помощи компрессора. Этот пример, содержащий расчеты для сверхзвуковых скоростей полета — порядка 400–600 м/с, относится к случаю прямоточного ВРД.

Теория Стечкина в современном понимании применяется к широкому классу турбореактивных двигателей. Правда, нужно иметь в виду, что в условиях развития техники того времени КПД компрессора и турбины были очень малы, что исключало возможность создания турбокомпрессорного ВРД. Но это не остановило ученого, который предвидел прогресс в области развития лопаточных машин и изложил решение задачи создания теории ВРД в общем виде.

Работа была переведена на иностранные языки и сразу же принесла автору мировую известность. Так, в 1928–29 годах были заложены основы современной теории реактивных двигателей, и именно поэтому разработавший ее академик Борис Сергеевич Стечкин по праву считается одним из основоположников реактивной авиации.

Наука для фронта и Победы

В довоенный период и в период Великой Отечественной войны Борис Сергеевич успешно работал по созданию теории лопаточных машин — компрессоров и турбин, которые сначала использовались в системах наддува поршневых авиационных двигателей, а затем стали основными рабочими элементами турбореактивных двигателей.

Благодаря трудам ученого стало понятно, что лопаточным машинам суждено стать основополагающими агрегатами будущих ТРД. Исходя из этого, в 1944 году Борису Сергеевичу поручается организация новой кафедры «Лопаточные машины и реактивные двигатели» в Военно-воздушной инженерной академии имени Н.Е. Жуковского. За год до этого события Стечкин был назначен заместителем по научной части генерального конструктора авиадвигателей академика А.А. Микулина.

Механик Григорий Трушковский регулирует клапаны двигателя АМ-38Ф на Ил-2. Фото: Борис Ярославцев

За образцовое выполнение заданий правительства и внедрение в серийное производство авиационных моторов АМ-38Ф и АМ-42 в 1945 году Борис Сергеевич был награжден орденами Трудового Красного Знамени и Красной Звезды, а также в 1946 году удостоен Государственной премии СССР.

Двигатель АМ-38Ф представлял собой форсированную модификацию мотора АМ-38, разработанную специально для нового двухместного варианта штурмовика Ил-2. В свою очередь, авиационный мотор АМ-42 стал дальнейшим развитием АМ-38Ф и был создан для нового серийного штурмовика Ил-10. Легендарные советские «летающие танки» имели простые, мощные, надежные и неприхотливые авиадвигатели, заслуга в создании которых принадлежит в немалой степени Борису Стечкину.

В 1946 году Академия наук СССР присвоила Борису Сергеевичу звание члена-корреспондента, а в 1953 году он стал академиком.

Главный двигателист Советского Союза

В 1954 году в составе Академии наук СССР была открыта лаборатория двигателей, заведующим которой стал Стечкин. В 1961 году лаборатория была преобразована в Институт двигателей Академии наук СССР, и Борис Сергеевич стал его первым директором. Кроме того, ученый являлся профессором Московского автомобильно-дорожного института и возглавлял Особую комиссию по газовым турбинам советской Академии наук.

Борис Сергеевич всегда старался быть на связи с промышленностью, что позволяло ему направлять инженерные коллективы на решение важнейших практических задач авиационного моторостроения, а также добиваться внедрения новейших теоретических достижений, перспективных исследований и разработок в серийное производство. Разработанная им в конце 1920-х годов теория ВРД дала практические результаты в середине 1950-х годов. Теоретические выкладки и постулаты Бориса Сергеевича были воплощены в разработках ряда новых отечественных авиационных турбореактивных двигателей.

Ту-104 «Аэрофлота» с двигателями РД-ЗМ. Фото: Clive R Martin / wikimedia.org

За создание двигателя РД-ЗМ для реактивного лайнера Ту-104, который стал первым массовым реактивным пассажирским самолетом в мире, Борис Сергеевич вместе с генеральным конструктором Андреем Николаевичем Туполевым в 1957 году был удостоен Ленинской премии. Стечкин являлся непосредственным научным руководителем работ по реактивному двигателю РД-3М. 5 августа 1961 года Борису Сергеевичу Стечкину было присвоено звание Героя Социалистического Труда.

С 1963 года Стечкин работал в ОКБ легендарного создателя ракетно-космической техники Сергея Павловича Королева. Это были последние годы жизни ученого-двигателиста.

По воспоминаниям современников, Борис Сергеевич был незаурядным человеком. Друзья и коллеги рассказывали про мотоциклетные гонки и аэросанные пробеги с его участием, про его изобретения и участие в научных спорах и дискуссиях. Наряду с этим Стечкин всегда с большой благодарностью вспоминал тех, у кого он учился сам, и тех, с кем ему довелось работать. Например, совместно с Андреем Николаевичем Туполевым он инициировал создание научно-мемориального музея Н.Е. Жуковского.

Борис Сергеевич Стечкин ушел из жизни 2 апреля 1969 года, но его наследие живет до сих пор. Созданная им теория воздушно-реактивных двигателей стала основополагающей на многие десятилетия, причем не только в авиационном моторостроении. Ее положения нашли применение в судовых и автомобильных двигателях, газовых турбинах, новых вентиляторах и компрессорах — трудно найти область, где бы не использовались теоретические работы Бориса Сергеевича. «Все мотористы Советского Союза, и прошедшего времени, и настоящего, даже те, кто не учился у Стечкина, — все обязаны Стечкину», — говорил про него еще один выдающийся двигателист, академик А.М. Люлька.