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提速——喷气式飞机发明史

2015-5-18 10:29:36

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来源:蝌蚪五线谱 作者:宋月航
  

在空气中,声音的传播速度大约为1220千米/小时,而喷气式飞机在做飞行速度测试时,有过3600千米/小时的飞行记录,因此人们又叫它“超音速飞机”。

  喷气式飞机使用的喷气式发动机,主要依靠燃料燃烧时产生的气体,向后高速喷射出强大气流的反冲作用,使飞机获得更大的推力,飞行速度更快。特别是在1万—2万米空气比较稀薄的高空,喷气发动机更有着螺旋桨活塞发动机所无法比拟的优越性。

喷气式飞机编队飞过蓝天(网络图)

 

喷气式飞机雏形的出现

 

  世界上第一架喷气式飞机是由一个叫亨利・科安达的罗马尼亚人设计制造的。

  1910年10月,他将设计出来的飞机在巴黎展览会上展出时,引起了极大的轰动,因为这架飞机使用的是一台新型发动机。他设计的发动机是用一台50马力的发动机使风扇向后推动空气,同时增设了一个加力燃烧室,使燃气在尾喷管中充分膨胀,以此来增大反推力。这就是世界上最早的喷气发动机。

  展览结束后,科安达根据专家们提出的建议,对自己设计的飞机进行改进。同年12月10日,科安达在飞机上进行日常检查操作时,不慎触动到了飞机的启动装置,飞机突然起飞,而当时科安达根本来不及控制飞机。飞机随即又掉头冲向地面,燃起了熊熊大火。幸运的是,科安达在飞机落地前被抛出了机舱,落到附近一块草地上,身体并没有受到太大的损伤。就这样,科安达不仅成了世界上第一架喷气式飞机的发明者,而且也成了它的驾驶者,尽管飞机是用这种意想不到的方式起飞的,离开地面的时间也很短。

  第一架喷气式飞机自从烧坏以后,便再也没有进行修复,但科安达的名字却在世界航空史上保留了下来。可以说,他的飞机设计是具有一定的前瞻性的,已同今天被称为“涵道风扇”的设计思路相吻合,就是在涵道内,通过风扇向后面驱动空气而产生推力。但又与今天的“涵道风扇”稍有差异,它用风扇驱动的仅仅是空气,而今天则是空气和燃料的混合物。

 

大胆设想与艰难研发

 

  真正的喷气式飞机是在喷气式发动机诞生之后才出现的,这得归功于英国的弗兰克・威特尔(Frank Whittle)。

弗兰克·维特尔正在工作(网络图)

 

  1929年,年仅22岁的威特尔,是英国皇家空军学校的一名飞行学员,平时他善于学习、勤于钻研。他发现飞机使用的活塞式发动机存在一些局限性。于是,产生了用发动机产生的喷气来推动飞机的设想。

  后来,他被分配到中央飞行学校,当了一名训练教官。校长认为他的关于喷气动力的设想很有道理,就专门组织了一个专家座谈会进行探讨,这对他是一个级大的鼓励。

  座谈会上,他大胆地提出了一种新的使飞机飞得更快更高的推进方法:必须取消螺旋桨和活塞引擎!当时的业内人士都认为他的这种研发思路十分荒诞,几乎没有人把这当一回事。他们一致认为:飞机要想飞上天,没有螺旋桨怎么可以呢?这简直不可思议!

  而威特尔的设想是,用一台像风车那样的风扇将空气吸入并压缩,压缩过的空气与燃料混合燃烧膨胀,高速从尾喷口喷出,从而推动飞机前进。于是,威特尔又将他的设计方案交给英国空军部引擎顾问审查,希望得到他们的支持,可结果还是令他十分失望。但是,威特尔所驻皇家空军基地的教官约翰逊却对威特尔的设想很感兴趣。

  1930年1月16日,约翰逊叫威特尔把这一设计方案拿到英国专利局进行了登记。以后的几年间,他又和威特尔一起四处游说,却没有任何人对此感兴趣。于是,喷气式发动机制造设想被束之高阁。

涡轮发动机(网络图)

 

  1939年9月1日,德国侵略波兰后,欧洲战争全面爆发了。如果说,英国政府一开始就支持威特尔的发明的话,那么,这时很可能就占有了空中优势,但历史没法假设。幸运的是,正当威特尔的研究工作已经山穷水尽的时候,空军部和他签署了一份合同,要求他尽快制造出能供作战飞机使用的轻型引擎(引擎是发动机的核心部分,也用来代称发动机)。

  到了1940年7月份的时候,威特尔研制的引擎已经能够正常运行,经过试验,它的推力足以推动一架小飞机飞行了。

  1941年5月15日的黄昏,试飞员爬进喷气式飞机狭窄的座舱后,这架银光闪闪的小飞机瞬间就钻进了云端。随后,另一架喷气式飞机直接飞往哈特菲尔机场,请丘吉尔首相检阅。
两位发明家的奇缘

  无独有偶,一个23岁的德国人奥海因与威特尔走的科研路线极度相仿。早在1934年,奥海因在德国哥廷根大学读物理研究生时,便自己设计出了一种引擎草图,并于1939年初将引擎制造出来。这年7月,他兴高采烈地向希特勒介绍这种喷气式引擎,但希特勒并不欣赏。奥海因暗想:看来只有先制造出一架能飞行的喷气式飞机,用事实说话了。于是,他开始秘密制造喷气式飞机。

  经过千辛万苦,1939年8月27日奥海因使用自己的发动机制成出了一架He-178喷气式飞机。

He-178(网络图)

 

  1942年7月18日,是这架喷气式飞机首次飞行并取得成功的日子,到1943年底已经可以大规模生产了。终于,这种飞机引起了希特勒的兴趣,但他要求改为轰炸机,希特勒这个愚蠢的命令浪费了宝贵的10个月时间,这10个月却使盟军控制了诺曼底的上空,为1944年6月开辟第二战场的诺曼底登陆打下了基础。后来,德国空军终于采用了Me262飞机,尽管它的速度比盟军战斗机快得多,而且能爬升得更高,然而,为时已晚,德国已到了濒于崩溃的地步,战争过了不到两个月便宣告结束了。

  由于英国和德国的官僚们都反对这种“没有螺旋桨的飞机”的设想。因此,喷气式飞机没能在二战战场显示其威力,一直到了朝鲜战争,喷气式飞机才真正用上了派场,彰显了它的威力。

  1948年,英国政府公开承认了威特尔的贡献,奖赏他10万英镑奖金,英王乔治六世还封他为爵士。此后,世界上许多国家、城市、大学和专业团体都纷纷把奖章、奖金和荣誉学位颁赠给他,威特尔终于欣慰地笑了。以后他移居美国,在安纳波里的海军学校任教。

  第二次世界大战以后,奥海因也移居美国,他先在俄亥俄州的赖特一帕特森空军基地担任喷气式飞机设计工作,后来又到大学任教授。

维特尔(左)于奥海因(右)会面,各持自己设计的发动机图纸(网络图)

 

  1965年,两位居住在异国的喷气式飞机的发明者——威特尔和奥海因终于在美国纽约见面了,这是他们第一次见面,从此他们便成了一对好朋友。

  1991年10月,美国政府为威特尔和奥海颁发了美国工程师最高奖——亨利·德雷伯奖。

  喷气式飞机的诞生,为人们追求更快、更高的飞行目标提供了动力,把人类航空事业 带进入了喷气机时代,如今,世界上绝大部分作战飞机和干线民用客机都已实现了喷气化。

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