论航空发动机发展之活塞发动机

黄续锋 收藏 2 3490
导读: 随着科技的发展,军用航空器也愈加先进,拥有:高机动性,隐身性能,超音速巡航,超视距作战以及高可维护性,并且做到短距起飞,体积小,载弹量大等性能。而其中不可忽视的因素既是航空发动机。 从1903年12月17日,人类发明飞行器开始,发动机的发展变迁就从未停止过,最早莱特兄弟用一台汽油活塞发动机带动两台螺旋桨将飞机送上蓝天,被称之为神一般的创举,但谁又能想到,一个世纪之后人类可以在30000m的高空,以3.5马赫的速度飞行,说到航空发动机的发展,要从一战以前开始。 从1903年莱特兄弟的“飞行者一号”成功试

随着科技的发展,军用航空器也愈加先进,拥有:高机动性,隐身性能,超音速巡航,超视距作战以及高可维护性,并且做到短距起飞,体积小,载弹量大等性能。而其中不可忽视的因素既是航空发动机。

从1903年12月17日,人类发明飞行器开始,发动机的发展变迁就从未停止过,最早莱特兄弟用一台汽油活塞发动机带动两台螺旋桨将飞机送上蓝天,被称之为神一般的创举,但谁又能想到,一个世纪之后人类可以在30000m的高空,以3.5马赫的速度飞行,说到航空发动机的发展,要从一战以前开始。

从1903年莱特兄弟的“飞行者一号”成功试飞,成为了人类历史上第一次有动力、载人、持续、稳定、可操作的重于空气飞行器,但是其8.95kw的功率并不能发挥出飞行器的作用,后来,因为战争的推动,航空器在欧洲发展起来,尤其是当时的法国,其生产的飞机在战争中被大量使用,如装备伊斯潘诺-西扎V型液冷发动机的"斯佩德"战斗机。这种发动机的功率已达130~220kW, 功重比为0.7kW/daN左右。飞机速度超过200km/h,升限6650m。当时的发动机采用的是风冷,而且飞行速度慢,所以为了降温,将发动机裸露在外,不过这样不光阻力变大,而且非常容易损坏,所以当时的军用战斗机开始使用液冷式发动机,在1908年由法国塞甘兄弟发明旋转汽缸气冷星型发动机曾风行一时。这种曲轴固定而汽缸旋转的发动机终因功率的增大受到限制,在固定汽缸的气冷星型发动机的冷却问题解决之后退出了历史舞台。

随着两次世界大战的进行,气冷星型发动机继续向大功率方向发展,尤其有名的是普惠公司制造,代号为黄蜂的大功率发动机,次发动机1939年7月1日定型,开始时功率为1230kW, 共发展出5个系列几十个改型,最后功率达到2088kW,再战争中,装备了大量的军用飞行器如p47,其中p47j型的最大速度达805km/h,还有装配了巨黄蜂 R-4360发动机的b36轰炸机。R-3350在战后发展出一种重要改型--涡轮组合发动机。发动机的排气驱动三个沿周向均布的废气涡轮,每个涡轮在最大状态下可发出150kW的功率。这样,R-3350的功率提高到2535kW,耗油率低达0.23kg/(kW•h)。1946年9月,装两台R-3350涡轮组合发动机的P2V1"海王星"飞机创造了18090km的空中不加油的飞行距离世界纪录。随着二战的爆发,气冷和液冷两种发动机再继续竞争,虽然液冷发动机有很多的缺陷,但是因为其风阻小,飞行速度快,可以高空飞行,很难受到地面炮火攻击,因此在战争中有很大的优势,并且因为很皮实,不易损坏,所以很多的二战飞机装配的都是液冷发动机,甚至在美国的5种主战机型中,有4种都是液冷式发动机,其中必须提到的是罗尔斯.罗伊斯公司的梅林发动机,它在1935年11月在"飓风"战斗机上首次飞行时,功率达到708kW;1936年在"喷火"战斗机上飞行时,功率提高到783kW。美国派克后来将其用于改装p51野马战斗机,野马战斗机的另一个突出的优点是有惊人的远航能力,它可以把盟军的轰炸机一直护送到希特勒头顶,直至战争结束p51在空战中共击落敌机4950架,所以p51一直被称为旋翼战斗机的巅峰。

经过两次世界大战的推动,发动机性能快速提高,从不到10 kW增加到2500 kW左右,重量比从0.11 kW/daN 提高到1.5 kW/daN左右,升功率从每升排量几千瓦增加到四五十千瓦,耗油率从约0.50 kg/(kW•h)降低到0.23~0.27 kg/(kW•h)。而寿命从 2000到3000h。到第二次世界大战结束时,活塞式发动机已经发展得相当成熟,以它为动力的螺旋桨飞机的飞行速度从16km/h提高到近800 km/h,飞行高度达到15000 m。可以说,至此活塞发动机的技术已经到达顶峰。

虽然在其后涡轮喷气发动机,脉冲爆震发动机等等新型军用航空发动机,活塞发动机,慢慢退出了军备之列,但是在历史舞台上,活塞发动机永远是一颗璀璨的明星,是它照亮了现代航空发动机的发展道路。


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