从活塞式到喷气式
从莱特兄弟发明“飞行者一号”开始,就意味着活塞式飞机登场。活塞式飞机就是以活塞式航空发动机作为动力,通过螺旋桨产生推进力的飞机。活塞式航空发动机多采用“星形”布局,即发动机的气缸以曲轴为中心向外呈辐射状均匀排列,气缸中的活塞往复运动,连续不断地推动曲轴旋转,带动螺旋桨转动,为飞机提供动力。
星形活塞发动机
1.气冷散热片
2.连杆
3.曲轴
4.活塞
5.火花塞
军用飞机小知识
第一台内燃机
早在1670年,荷兰的物理学家惠更斯用火药在气缸内燃烧,热能膨胀推动活塞运动,形成了现代“内燃机”的工作原理。1860年,比利时工程师艾蒂安·勒努瓦以蒸汽机为蓝本,制成了世界上第一台实用的内燃机。
除了星形发动机以外,活塞式发动机还有工字形、V形等排列形式,但星形发动机功率更高,因此在活塞式飞机中是主流。
第二次世界大战是活塞式飞机的极盛时代。尤其是涡轮增压技术的成熟和应用,大大改善了活塞式发动机的高空高速性能。尽管如此,活塞式发动机的缺陷也日益明显。由于各方面的限制,使得其功率已经很难有大幅度提高。在提高的功率中,有相当大一部分要用于克服螺旋桨叶片的旋转损失,且这部分损失还随着飞行速度的提高而迅速增大。事实证明,活塞式发动机已经不适合作为高速飞机的动力装置。
P-38战斗机,第二次世界大战中美军使用的活塞式战斗机,采用了双发设计,左右各有一具发动机。
Bf 109战斗机,德国空军在第二次世界大战初期的主力战斗机,同样由活塞式发动机提供动力。
虽然当时已经出现了喷气式发动机,但燃油消耗率高的问题令喷气式发动机在当时并没有得到重大发展,加上当时活塞式发动机经过多方改进之后仍可以满足飞机的需要,使得研究新型动力装置的需求并不那么迫切。
第二次世界大战末期,喷气式发动机的优点开始被接受,各空军强国都开始加速研制。到战争结束前,德国和英国相继实现了喷气发动机的实用化,制造出了喷气式飞机。
喷气式飞机是一种使用喷气发动机作为推进力来源的飞机。它与传统的螺旋桨飞机除了使用的动力系统不同之外,所适合的飞行环境也不尽相同:螺旋桨式飞机需通过螺旋桨扰动周遭空气达到往前推进的目的,因此不能在空气太稀薄的高空中飞行;相反,喷气式飞机由于发动机运作原理的不同,需在10000~15000米的高空中才能达到最佳推进效率。
喷气发动机
1.吸入
3.高压压缩
5.排气
7.涡轮机
9.冷区域
2.低压压缩
4.燃烧
6.热区域
8.燃烧室
10.进气口
箭头方向为进气方向
美国普拉特•惠特尼公司研制的F100型喷气式发动机,主要用在F-15和F-16战斗机上。图为在实验室中进行发动机性能测试。
Me 262战斗机,德国在第二次世界大战期间研制的喷气式战斗机,它也是世界上第一种投入实战的喷气式战斗机。相比于活塞式发动机,外形上最明显的变化就是去掉了螺旋桨,由喷气式发动机提供动力。
图-16轰炸机,苏联在20世纪50年代研制的喷气式轰炸机。
和很多高新技术一样,喷气式发动机最初首先被应用在军用飞机上,但也逐渐扩展到民用飞机。值得注意的是,许多人会误认为喷气式飞机都可以超声速飞行,实际并非如此。目前能够以超声速飞行的喷气式飞机只有军用飞机,曾被用于民用的法国“协和”超声速客机和苏联的图-144超声速客机都在短暂飞行后停止使用。