| 当然飞机的大。飞机上使用的活塞式发动机和汽车上的发动机差别不是很大。其特点是要求在同样功率下重量更轻。为了减轻它的重量，飞机上使用的发动机的每一个零部件都是以克为单位精心设计其重量的，没有一点多余的重量。活塞发动机的动力来自于汽缸内汽油燃烧时对活塞的冲击，冲击力推动活塞再带动连杆，连杆带动曲轴，曲轴转动就产生出动力。由于飞机飞行时所需的动力远远大于汽车行驶时所需的动力，所以飞机必须安装大功率发动机才行。发动机的功率与汽缸的容量是成正比的，那么加大汽缸的体积不就可以获得更大的功率了吗？但实际上没有那么好的材料能使汽缸承受如此大的压力，只能通过增加汽缸的数量来增加功率。一般汽车上使用的功率最大的是12缸220马力左右的发动机，而在飞机上使用的最大的活塞式发动机竟有28个汽缸，功率可达到4000马力！如果功率仍达不到使用要求，飞机上可以安装不只一台发动机。活塞发动机只能使曲轴转动，要把这种转动变成能使飞机前进的推力还要借助于另一个结构，那就是螺旋桨。受轮船依靠螺旋桨的转动在水中航行的机理的启发，飞机是否也可以依靠螺旋桨在空气中前进呢?从道理上来讲，在空气中或水中，螺旋桨所起的作用应该是相同的。但实际上空气的密度仅为水密度的1／8000，因此如要产生足够的推力，在空气中使用的螺旋桨必须被制作成具有很大长度，很大面积，很高转速才行。这又是一个难题。 观察螺旋桨的横切面，发现它和机翼是相似的，完全可以用分析机翼如何产生升力的方法去分析一下螺旋桨。机翼穿过空气向前运动时能产生升力；一旦螺旋桨在与飞机前进方向垂直的平面上运动，它也会产生一个力，只不过运动的方向差了90度，因此这个力的方向也差90度，机翼产生的是向上的升力，那么螺旋桨产生的力就是向前的推力了。螺旋桨和机翼一样也有迎角，当把空气压向后方时就能增加推力，迎角越大，产生的推力也就越大。与机翼不同的是，机翼上各点在飞机飞行时做平行运动，它们的速度是一样的，迎角也是相同的；而螺旋桨是在做旋转运动，其根部运动速度慢，产生的推力小受力也小；而其顶部，运动速度快，产生的推力大，受力也大。这种现象很容易使螺旋桨的顶部受到损坏甚至折断。设计师们为了避免这种现象的发生就把螺旋桨根部的角度做的大一些，由根部到顶部，迎角逐渐减小，这样就能使螺旋桨整体在长度方向上所产生的推力大致各点相等，螺旋桨就结实耐用了。螺旋桨在形状上也就必须变成麻花状，这就是大家现在所看到的螺旋桨。 要想使螺旋桨产生更大的推力，最简单的办法就是加长桨叶。可是桨叶越大，尖端运动的速度也越大，桨的尖端部分受的力也越大，从而带来强烈的噪声。受材料强度及控制噪声要求的限制，飞机使用了长度较短而叶片较多的螺旋桨以便尽可能的增加推力减少噪声。小型飞机通常使用两个叶片的单个螺旋桨；大型飞机上使用多台发动机，每台装有三个叶片以上的多叶片螺旋桨。喷气发动机最早于l939年问世，用于战斗飞机。直到第二次世界大战结束后7年，最先开发喷气发动机的英国率先在民航客机“彗星号”上安装了喷气式发动机，并于l952年飞上天空。民航客机安装上涡轮喷气发动机以后又发现了两个新问题：即耗油量比活塞发动机大，噪声也大。于是陆续又生产出三种新的种类。最原始的被称为纯涡轮喷气发动机，其余三种分别被命名为：涡轮螺旋桨发动机、涡轮风扇发动机、涡轮轴发动机。 喷气发动机使用煤油为燃油。理由是煤油比汽油性能稳定，热值高。燃烧以后的煤油变成炽热的气体迅速被排出，它的能量未被充分利用，因此消耗率非常高，使用这种发动机的飞机产生的经济效益相对较低。对于军用飞机问题不大，但对于民航飞机来讲其经济性能至关重要。设计者们想到活塞式飞机使用螺旋桨，燃油消耗少且效率高，那么能不能在涡轮发动机上加装一个螺旋桨呢?这种想法很容易地就实现了。因为涡轮本来就是通过旋转的轴来带动压气机的。在其中另加上一组涡轮，用它带动安装在前方的一个螺旋桨，这种新型的发动机就是涡轮螺旋桨发动机。安装有这种发动机的飞机在燃油消耗量方面大为下降，可是也因螺旋桨之故，飞行速度也下降了。这种飞机是介于纯喷气飞机和活塞式飞机之间的中间产物。它的飞行速度为600千米/小时左右，在速度和油耗方面都居于二者之中。涡轮螺旋发动机飞机90％以上的推力来自螺旋桨，只有10％的推力来自发动机尾部喷气的气流。这种发动机现在被广泛应用于中小型民航客机上。 为了把涡轮发动机用在只需要轴动力的地方，如直升机或地面车辆等，可通过增加涡轮的数量，使燃烧气流中的能量都转变成涡轮旋转的能量，只由涡轮轴输出动力。这种发动机的喷气已经和活塞发动机排出的废气相同，不再做功。这种发动机被命名为涡轮轴发动机，普遍被用于直升机和坦克车上。喷气发动机产生的噪声在频率上分布很广，强度也大，主要来源于发动机喷出的高速气流。喷气的速度每增加一倍，噪声的强度就会增加三倍。这样看来降低噪声的问题实际上取决于如何降低发动机的喷气速度。可是喷气发动机的推力与喷气速度成正比，纯涡轮喷气发动机降低排气速度就意味着减少了推力，继而也就降低了飞机的飞行速度，喷气机的优势也就不复存在了。为了降低噪声，起初在改进喷管的设计上下了很多力气，把喷管做成花瓣形、多管形等等，但没有解决根本问题，收效甚微。直到20世纪50年代末，开发出涡轮风扇发动机，噪声的问题才得到初步解决。设计这种发动机的基本设想是在涡轮螺旋桨发动机的基础上对其加以改造，使它既能提高飞行速度又能降低噪声。具体做法首先是把涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨直径缩小，同时增加叶片的数量。然后将这个螺旋桨放在一个管道中(专业术语为函道)，于是就形成了一个风扇，风扇转动通过函道向后排出空气，从而产生了部分推力。向后排的空气有一部分进入发动机燃烧后也产生推力，同时吹动涡轮带动风扇。另一部分的空气在发动机外面的管道中流过，使发动机冷却。风扇的直径比螺旋桨小又放在管道中，从而避免了在飞行中过早的产生激波。这样一来,飞机的飞行速度就被提高到接近音速。风扇的直径比后面的发动机大，它使一部分气体在发动机外的函道中流过。外部流过的气流使发动机散热情况得到改善，提高了它的效率；而且这股气流的流速很低，它在发动机的尾部与喷管喷出的高速空气混合，降低了后者的速度，得到了降低噪声的效果。涡扇发动机具有涡桨发动机的效率，且能把飞行速度提高到接近音速。它发出的噪声比涡轮发动机小得多，故一经问世，立刻就受到民航运输业的欢迎。不足10年的时间，它几乎就独占鳌头地成为大中型民航飞机所采用的首选动力装置。涡轮风扇发动机与涡轮喷气发动机相比较也有不足之外。由于有风扇，发动机直径就比较大，在超音速飞行时，它因受到的阻力大而使效率下降。因此在超音速客机上依然还使用着涡轮喷气发动机。现在世界上大型民航飞机的飞行速度大都在800千米/小时到1000千米/小时之间。这个区间被称为高亚音速区间。再想飞得快一些的话就碰上了音障。速度如果超过音速，那么飞机的结构形状要改变，结构的强度要增加，由于空气的摩擦使飞机的外表温度增加，飞机的蒙皮材料也要改进。超音速飞机和亚音速飞机相比，从设计和工艺制造技术诸方面都是一个大跨跃。1947年超音速飞行首次在实验飞机上实现了，之后在1953年军用飞机实现了超音速。令人向往的是民航飞机能不能，以超音速飞行，把空中旅行的时间再缩短一些?为了实现这个目标，许多国家的航空业从20世纪60年代开始就展开了激烈的竞争角逐。以英国和法国合作为一方，前苏联为另一方，他们都朝着能生产出第一架超音速客机的目标挺进。1969年双方几乎同时造出了超音速客机。在试飞中，前苏联的飞机出了几次严重事故，于是便退出“角斗场”。英法联合研制的“协和”号超音速客机取得了成功并于1976年初正式投入航线运行，成为当今世界上惟一的一种超音速客机，也是世界上飞得最快的民航机。 “协和”号的研制成功，其技术工艺水平在航空业取得了公认的划时代的伟大成就。它采用了专门为其研制的四台大推力的涡轮喷气发动机，有着又薄又宽的大后掠角的三角形机翼，没有水平尾翼，机头尖细，机身细长。蒙皮采用当时最先进的耐热铝合金，机身结构还使用了那时期十分昂贵稀缺的钛合金。为了能迅速散掉因空气摩擦而产生的热量，采用了燃油汽化技术。各种技术改进不能在此一一详述，总之，它技术上的先进性无与伦比。“协和”号重175吨，载客l00名。在16000米到l8000米的高空，这个庞然大物可以以2180米／小时(音速的2倍)的速度飞行，比地球自转的速度还快。如果你乘坐“协和”号向西飞行，可以追赶太阳，并会感受到太阳永不落下甚至从西方升起的奇景。从英国伦敦起飞到美国纽约，全程耗时仅三个多小时。“夸父追日”已不再是神话！为了避开低空稠密的大气层，“协和”号升入15000米以上的高空才做超音速飞行。在现今世界范围内“协和”号是飞得最快和最高的民航机。创造了航空史上的奇迹的“协和”号并未能在经济上给制造者们带来丰厚的利润，反而使英法两国承受了巨大的经济损失。这是因为什么呢？原因有二。第一个原因是燃料消耗太大。飞机为了超过音速飞行，必须加大推力，这就必然要消耗大量燃料。在相同距离内“协和”号飞机比其他飞机多消耗三倍以上的燃料。换一个角度说，也就是如果飞机携带同样多的燃料， “协和”号的航程要比其他飞机短得多。我们将“协和”号客机与同它重量几乎相等的波音767飞机做一比较，前者最大装油量为82吨，满载乘客为100人，航程为6230千米；而后者最大装油量为72吨，满载乘客为210人，航程为10674千米。简单地算一下，就可以看出每位旅客每公里的耗油量，“协和”号是波音767的3.8倍。第二个原因是噪声问题。“协和”客机使用有利于飞行的涡轮喷气发动机。它所产生的噪声远大于使用涡轮风扇发动机的亚音速飞机。更有甚者是当飞机超越音速时，它使空气剧烈振动，发出了一阵阵雷鸣般的响声，这种声响被称为音爆，它具有强烈的破坏力。在低空飞行时，声爆甚至可以使地面建筑物产生裂纹。因此“协和”号只能在公海或很高的高空中上做跨越音速的飞行。世界上很多国家对飞机发出的噪声有严格规定，因此“协和”号由于噪声太强以致活动范围受到限制和约束。例如美国只允许“协和”号在规定的时间内在东海岸的三家机场起降。 |
|
|
