涡轮喷气发动机的中心部分是燃气涡轮。什么是燃气涡轮呢?燃气涡轮实际上就是一种喷气推进装置,它由三个基础部分组成。最前面是进气口,这里装有一台压气机,它能将稳定气流吸进,并进行压缩。中间部分是一个燃烧室,燃料在燃烧室与空气混合并燃烧。排气口处安装着一台涡轮,涡轮实际上就是一个装有许多叶片的轮子,燃烧室中燃烧后的热气不断排出,这些热气带动装有许多叶片的轮子高速运转。我们可以假设高速动转的涡轮就像运转的电扇一样,电扇旋转可以产生很大的气流,我们就感到吹来了一阵阵风。那么涡轮的运转比电扇旋转要快许多倍,涡轮的叶片比电扇的叶片要大许多,所以涡轮所产生的气流要大得多,速度也快得多,把这种发动机安装在飞机上,就形成了一个向后喷气的推力,这样,涡轮不断地向后喷气,飞机就可以向前飞升了。这样的发动机叫涡轮喷气发动机。涡轮喷气发动机的优点是简单、轻便、结实、便宜。它可提供足够的起飞推力和良好的高速飞行推力,被看作是结实耐用、大批生产的军用飞机的理想动力装置。它的不足之处是耗油率高、噪音太大。
如果用涡轮带动一副螺旋桨,这种发动机就叫涡轮螺旋桨发动机。新一代的涡轮螺旋桨发动机为乘客提供了一种不仅速度较快、飞行较为平稳,而且飞得较高并极少受恶劣气候和云层影响的交通工具。涡轮螺旋桨发动机的缺点也是很明显的:螺旋桨容易发生故障,飞行速度不易再提高,一般限制在800千米/小时。涡轮喷气发动机速度快,但耗油太大;而涡轮螺旋桨发动机耗油虽少,但速度不易提高,一般都被中型客机、运输机所采用。那么,能不能发明一种耗油不大,而飞得又快的发动机呢?人们一直在不断地探索。
20世纪40年代到50年代,美国、德国、英国等国家,先后制造出一种介于涡轮喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机之间的另一种发动机——涡轮风扇发动机。
这种发动机是以涡轮螺旋桨发动机为基础,带动一个安装在发动机前部的大直径风扇,这个风扇从后方排出的冷空气与涡轮发动机排出的热气都进入同一喷管,混合喷出。由于风扇的直径大于涡轮的直径,这样就形成了两个涵道,就好像一个粗管子套中一个细管子。涡轮发动机装在细管子里,它从细管子向后喷气。大直径扇装在粗管子前端,它也向后喷气,这两股气在管道的后部混合,然后喷出。这样改进后,耗油量几乎没有什么变化,因为燃烧室并没有加大,而进气口加大了,排出的气量也增大了,推力当然要比涡轮螺旋桨发动机大得多。涡轮风扇发动机还有一个优点,这就是噪音降低了,由于加装了风扇,喷出同样数量的气体所产生的噪音要比涡轮喷气发动机小得多。据专家们计划,涡轮风扇发动机噪音也比涡轮螺旋桨发动机的噪音要小。
涡轮风扇发动机
第一台带动飞机飞上天空的是法国生产的一种小型涡轮风扇发动机,取名为“阿斯班”。1959年,美国航空公司将全部波音飞机上的涡轮喷气发动机改装成涡轮风扇发动机。现在,世界上许多战斗机、客运机、大型运输机都采用了涡轮风扇发动机。
涡轮风扇发动机填补了螺旋桨发动机与涡轮喷气发动机之间的空白,引起了飞机发动机的一场不小的革命。
通用航空大发展
航空史的发展,并不仅仅与战争联系在一起,在很多时候,航空事业的发展是与人们的生产与生活紧密相连的。
货运、客运包租班机的飞行缩短了空间的距离,为人们的生活与正常交往提供了方便。大地测量、绘图离不开飞机;为庄稼喷撒农药和为土地播种、施肥,也需要飞机的参与;为森林、渔场和道路巡逻、灭火同样需要飞机;营救、救护、训练、比赛、体育表演飞行,新闻、广播、广告等,都需要飞机来参与。
到20世纪60年代,从事人们的生产与生活服务的飞机约占全世界飞机总数的60%。
20世纪60年代以来,世界上出现了一些大型运输机和超音速运输机。比较出名的有前苏联生产的安—22、伊尔—76;美国生产的C—141、C—5A、波音—747;法国的“空中汽车”等。超音速运输机有英、法联合研制的“协和”式和前苏联的图—144。
1956年至1961年间,英国和法国分别进行超音速运输机的初步研究。
1961年,英、法两国各自提出了一种方案,因经费问题,两国决定联合研制,正式定名为“协和”。原型机于1965年初开始制造,1975年投入航线使用,其间经过了20年的时间。前苏联为了与“协和”竞争,加速发展图—144超音速运输机。
1973年,在巴黎航空博览会上展出了一架图—144,但在进行飞行表演时,图—144发生了空中解体,造成机毁人亡。后来图—144作了一些改进,投入到国内航线。
“协和”式和图—144超音速客机对于人们的旅行习惯和航空公司业务影响是非常深刻的;在地球上,任何一个人想要到地球的另一侧去,他最多也不用花去一天的时间。“缩短了空间的距离,延长了时间,也就延长了人们的生命。”这是描述超音速飞机的一句很著名的话。
图—144超音速运输机
然而,超音速客机的发展前景并不乐观,“协和”式飞机的售价高得令人咋舌,考虑到经济效益,一般的航空公司都不大愿意购买。短途的旅客一般也不愿承受高额票价进行超音速飞行,他们宁可乘坐波音公司生产的亚音速飞机。前苏联的航空公司也遇到了同样的问题。
1980年,图—144停航了。
各显神通的喷气式轰炸机
在喷气式时代,战斗机和轰炸机的发展形成互相追赶的局面。轰炸机的发展由活塞式过渡到喷气式,其结构、气动布局、飞行性能等方面,都有了很大发展。到60年代,喷气式轰炸机日趋完善。
喷气式轰炸机的特点是:飞行速度快,飞行高度高,航程远,机载设备相应配套。一些轰炸机采用了后掠翼和变后掠翼技术,解决了在较大的速度范围和高度范围内的飞行问题。机载设备的发展,保证了轰炸机能在各种气象条件下执行任务。轰炸机携带的武器,除常规炸弹外,还有核弹、空地导弹等。它能在敌方防御火力圈之外实施轰炸突击,从而提高了轰炸突击效果和自身的生存能力。
世界上第一架喷气式轰炸机是德国生产的Ar—234。这是一种单座上单翼轰炸机,外形呈流线型,驾驶舱在机头,采用透明增压式结构。
1943年6月15日,Ar—234原型机首次飞行成功,飞行性能良好。后来,德国当局决定采用Ar—234B系列,并命名为“闪电”计划。B系列飞机第一架原型机9号机于1944年3月完成首次飞行。10号机于同年4月试飞。11号机于同年5月进行试飞。经过一系列试飞,德国准备生产Ar—234B系列轰炸机,预定生产的1号机在1944年6月8日首次飞行,原计划在该机首次飞行时,德国党政军头目将前往观看,为了万无一失,试飞员决定进行一次预先试飞。
这架飞机起飞后,起落架和无线电相继发生故障,在着陆时,双发动机起火。尽管这样,试飞员仍驾驶飞机安全降落。飞机着陆后,技术人员检查并排除故障,5小时后开始正式飞行。
Ar—234B轰炸机最大载弹量约1500千克,机上装有两门20毫米航炮,用于后射护尾。该机安装的潜望式瞄准具,可与轰炸瞄准装置交连,用以控制航炮后射。飞行员座椅后部安装了一块15.5毫米的防弹钢板,以保护飞行员头肩部位。
1945年2月24日,一架Ar—234轰炸机在战斗中,一台发动机起火,在盟军占领区被迫降落,这是落到盟军方面的第一架喷气式轰炸机。
Ar—234是德国根据战时急需研制的,该机研制成功时,德国已处于垂死阶段,它经历了很短的历程,德国就战败了。虽然Ar—234在战争中没有发挥很大作用,但绝不能因此而忽视它在喷气式轰炸机发展史上应有的地位。
亚音速喷气式远程轰炸机B—52“同温层堡垒”是美国波音公司研制的,1955年6月开始装备部队。B—52生产最多的是G型和H型,这也是最新的两种型号,比原型机有了很大的改进。H型改装了涡轮风扇发动机,飞机的航程增加了10%~15%。B—52G型可带两枚空地导弹。B—52还正在试验发射巡航导弹,准备用作巡航导弹的载机。
B—52轰炸机
在喷气式轰炸机中,B—52是较完善的一种,从它的气动布局、机载设备、武器系统等方面看,都比较理想,它还装有各种干扰设备,在很大程度上提高了突防能力。
前苏联的第一种超音速轰炸机是图—22,它的最大速度2124千米/小时,它能从前苏联东部沿海基地起飞,深入美国浅近纵深地区实施轰炸。
图—22可带射程为1200千米的巡航导弹。图—22装有较新式的电子设备,其中有地形跟踪雷达和惯性导航系统,前者可用于低空实际飞行,后者与军用卫星配套,可完成远程导航任务。飞机上还装有各种电子干扰设备。
法国的“幻影Ⅳ”也是超音速轰炸机,它的最大M数为2.2。
喷气时代的直升机
20世纪50年代前生产的直升机,大多采用活塞式发动机,最大飞行速度每小时约为200千米。
到了50年代后期,直升机发展产生了飞跃,直升机的动力装置改用功率大、性能好的涡轮发动机,逐渐淘汰了活塞式发动机,直升机的性能有了提高。
进入60年代,出现了复合材料旋翼,从而延长了直升机的使用寿命,提高了飞行性能。这一时期主要直升机有美国的CH—54、CH—47,前苏联的米—8、米—10,法国的“超黄蜂”等。
70年代更是直升机全面发展的时期,各种新型号的直升机竟相采用新技术和新材料。桨毂采用新技术后,不需要润滑和密封装置,既降低了费用又提高了寿命。旋翼采用复合材料,使用寿命不受限制,安全可靠性成倍增长,发动机采用模块结构,维护简单,更换方便。因此,这个时期研制的直升机的特点是飞行性能好,主要部件寿命长,维护简单,费用低。直升机发展到喷气时代,种类繁多,用途明确,配套齐全。若按其用途可分为运输型、武装型、侦察型、救护型、联络型与指挥型等,其中数量最多的是运输型。若按重量分,又可分为轻型、小型、中型、重型以及超重型。目前,世界上使用最多的型号是轻、小和中型。“超黄蜂”直升机
到目前为止,世界上载重能力最大的直升机,是前苏联生产的超重型运输直升机米—12,它的最大起飞重量为105吨,有效载重达40吨,可以与大型运输机媲美。
美国和前苏联是发展直升机最快的国家,同时也是使用直升机最多的国家,仅美国三军所装备的各类直升机,数量竟多达11000余架,前苏军也装备了约5000架。