從活塞式到噴氣式
從萊特兄弟發明“飛行者一號”開始,就意味著活塞式飛機登場。活塞式飛機就是以活塞式航空發動機作為動力,通過螺旋槳產生推進力的飛機。活塞式航空發動機多采用“星形”布局,即發動機的氣缸以曲軸為中心向外呈輻射狀均勻排列,氣缸中的活塞往復運動,連續不斷地推動曲軸旋轉,帶動螺旋槳轉動,為飛機提供動力。

星形活塞發動機
1.氣冷散熱片
2.連桿
3.曲軸
4.活塞
5.火花塞
軍用飛機小知識
第一臺內燃機
早在1670年,荷蘭的物理學家惠更斯用火藥在氣缸內燃燒,熱能膨脹推動活塞運動,形成了現代“內燃機”的工作原理。1860年,比利時工程師艾蒂安·勒努瓦以蒸汽機為藍本,制成了世界上第一臺實用的內燃機。
除了星形發動機以外,活塞式發動機還有工字形、V形等排列形式,但星形發動機功率更高,因此在活塞式飛機中是主流。
第二次世界大戰是活塞式飛機的極盛時代。尤其是渦輪增壓技術的成熟和應用,大大改善了活塞式發動機的高空高速性能。盡管如此,活塞式發動機的缺陷也日益明顯。由于各方面的限制,使得其功率已經很難有大幅度提高。在提高的功率中,有相當大一部分要用于克服螺旋槳葉片的旋轉損失,且這部分損失還隨著飛行速度的提高而迅速增大。事實證明,活塞式發動機已經不適合作為高速飛機的動力裝置。

P-38戰斗機,第二次世界大戰中美軍使用的活塞式戰斗機,采用了雙發設計,左右各有一具發動機。

Bf 109戰斗機,德國空軍在第二次世界大戰初期的主力戰斗機,同樣由活塞式發動機提供動力。
雖然當時已經出現了噴氣式發動機,但燃油消耗率高的問題令噴氣式發動機在當時并沒有得到重大發展,加上當時活塞式發動機經過多方改進之后仍可以滿足飛機的需要,使得研究新型動力裝置的需求并不那么迫切。
第二次世界大戰末期,噴氣式發動機的優點開始被接受,各空軍強國都開始加速研制。到戰爭結束前,德國和英國相繼實現了噴氣發動機的實用化,制造出了噴氣式飛機。
噴氣式飛機是一種使用噴氣發動機作為推進力來源的飛機。它與傳統的螺旋槳飛機除了使用的動力系統不同之外,所適合的飛行環境也不盡相同:螺旋槳式飛機需通過螺旋槳擾動周遭空氣達到往前推進的目的,因此不能在空氣太稀薄的高空中飛行;相反,噴氣式飛機由于發動機運作原理的不同,需在10000~15000米的高空中才能達到最佳推進效率。

噴氣發動機
1.吸入
3.高壓壓縮
5.排氣
7.渦輪機
9.冷區域
2.低壓壓縮
4.燃燒
6.熱區域
8.燃燒室
10.進氣口
箭頭方向為進氣方向

美國普拉特?惠特尼公司研制的F100型噴氣式發動機,主要用在F-15和F-16戰斗機上。圖為在實驗室中進行發動機性能測試。

Me 262戰斗機,德國在第二次世界大戰期間研制的噴氣式戰斗機,它也是世界上第一種投入實戰的噴氣式戰斗機。相比于活塞式發動機,外形上最明顯的變化就是去掉了螺旋槳,由噴氣式發動機提供動力。

圖-16轟炸機,蘇聯在20世紀50年代研制的噴氣式轟炸機。
和很多高新技術一樣,噴氣式發動機最初首先被應用在軍用飛機上,但也逐漸擴展到民用飛機。值得注意的是,許多人會誤認為噴氣式飛機都可以超聲速飛行,實際并非如此。目前能夠以超聲速飛行的噴氣式飛機只有軍用飛機,曾被用于民用的法國“協和”超聲速客機和蘇聯的圖-144超聲速客機都在短暫飛行后停止使用。