现代意义上的喷气发动机虽然不是中国人发明的,但是古代中国创造的灿烂文明居然涉及到多项喷气原理。目前来说,普遍公认的航空喷气发动机之父是德国人“汉斯·冯·欧海茵”(Has·Von·Ohain)和英国人“弗兰克·惠特尔”(Franck·Whittle)。这两位青年,在那个时局紧张、硝烟弥漫的年代,在没有互通信息的情况下,分别完成了自己的喷气发动机设计,并且安装到飞机上试飞成功。其中,惠特尔比欧海茵开始研制的早,而欧海茵比惠特尔试飞成功的早,因此两个人都是喷气发动机的发明人。但是,我们想说的,辉煌灿烂的古代中国文明,在很早就使用了现代航空动力学的某些原理,并诞生了喷气发动机相关技术的一些“雏形”。然而,这些光辉的成就只属于古人,具体上与现代喷气发动机并无关系,只能说在理论上有某些相似之处,但是中国古人的智慧仍然令世人叹服。
中国古代发明与涡轮喷气发动机的关联
1、燃气涡轮原理雏形
也许令人意想不到的是,多年前的中国就发明了“类似现代燃气涡轮原理”的“走马灯”。经过学者的仔细研究论证,中国走马灯几乎就是现代燃气涡轮的雏形,这种供民间元宵灯会玩乐使用的道具,主要由中心轴、蜡烛和纸轮组成。走马灯底部孔洞可以视为进气道压气机-吸入空气、点燃的蜡烛则是燃烧室、被推动旋转做功的纸轮就是涡轮。这与涡轮喷气发动机通过进气道引气并在压气机内压缩、燃烧室燃烧空气和燃料混合物提供高温高压空气,推动涡轮旋转做功有“异曲同工之妙”。
2、喷射反作用力原理雏形
喷气式发动机燃烧燃料产生高温空气,通过喷气推进飞机飞行,这种航空动力学上根据“作用力与反作用力”产生推力的技术,在中国北宋时期的“火箭”上就已经淋漓尽致的体现出来。而比“火箭”更早的名为“窜天猴”一类的爆竹,则应视为航空推进动力学的雏形。窜天猴和火箭都是燃料(火药)燃烧后产生高温高速燃气,通过喷射燃气达到飞天的目的。
当然,我国古代还有许多技术发明与现代的航空有着千丝万缕的联系,以上只是列举两个简单例子。但是,我们也不是说这些发明造就了现代喷气式发动机,只能说很多技术原理的雏形很早就在中国出现过,中国古文明还是充满了想象力的。
现代航空喷气式发动机从何开始
下面我们将正式进入喷气式发动机的诞生史:年,美国莱特兄弟制造的一架装有“四缸水冷活塞式发动机”的飞机进行了成功试飞,由此揭开了人类载人航空的序幕,也让美国人在航空工业上快人一步。但是,在喷气式发动机的开发史上,美国人则又远远落后于当时的欧洲,这也是军事需要促进科技进步,科技进步又促进军事进步的一种体现,毕竟那个时代的欧洲,常年弥漫着战争的阴影,各种新式兵器和技术层出不穷。
在喷气式发动机真正开始工程学意义上的实践研究之前,法国人洛林曾在年设想过“在活塞式发动机排气阀上安装一支喷管,使燃气通过喷管向后喷射,产生反作用推力”,这是欧洲最早关于喷气方案的设想;年,罗马尼亚人柯安达,利用活塞式发动机带动一支管道风扇旋转,驱动空气向后喷射,产生反作用推力,并且将这种“管道风扇”式发动机安装在一架飞机上在巴黎进行试飞。虽然飞机最终没能飞起来,只是在地面上进行了短暂的前进跳跃,但是仍然为人们带来了关于“喷气推进”的启发。这里说这两个例子,也是最接近喷气式发动机的两个原理雏形。
第二次世界大战爆发前夕,用活塞螺旋桨装备飞机的潜力基本上已经被挖尽了,欧洲各国想要寻求飞的更高、更快的航空器械,只能研究更先进的发动机技术。英国人惠特尔在求学期间就已经预见到活塞螺旋桨飞机的局限,提出涡轮喷气推进的原理,并在年申请了专利。年3月,惠特尔在一家银行的资助下成立了喷气动力公司,开始研制燃气货轮发动机,并在不久后开发了WU型试验机,然而在年4月进行的发动机试车中,两台试验机均告失败,直到年10月,第3台试验机才在r/min的转速下,运行了20分钟,推力达到N。此时,看到希望的英国空军与惠特尔签订了研发合同,开发的W.1型喷气发动机,可惜W.1性能不足,并且运行极不稳定,并没有被采用。年5月5日,W.1B改进型喷气发动机终于安装在E28/39飞机上试飞成功。要知道,此时距离惠特尔申请喷气发动机专利已经过去了11年,而德国人的喷气式飞机也已经试飞成功1年有余了。
同一个时代,德国的“青年才俊”欧海茵也在着手研发喷气式发动机。年还在哥廷根大学读书的欧海茵,开始探索喷气式发动机,这比惠特尔要晚了几年。年,他开始初步设计试验机,结构方案为双面离心式压气机、环形燃烧室、径流式涡轮,设计时速为.5km/h。大学毕业后的欧海茵在老师的推荐下,与大名鼎鼎的的亨克尔公司取得联系,双方对喷气式飞机方案进行了反复论证,并于年4月15日签订研制燃气涡轮喷气发动机的合同,发动机代号为Hes-1,前后不过1年的时候就研发成功,此后经过改进终于制造出试飞用的Hes-3发动机。年春,为喷气发动机配套的He-飞机制造完毕,8月17日世界上第一架安装燃气涡轮发动机的喷气式飞机He-首飞成功,宣告人类正式进入喷气时代,这比英国的喷气机要早1年多。
关于英、德两国开发喷气式飞机的历史,我们就暂且讲到这里,有关问题可以