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发动机科普知识:航空发动机的发展和分类

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作者:刘大响,陈光

1903年,美国人莱特兄弟制造出一架装有两个推进式螺旋桨的双翼飞机,这架飞机采用了由他们自制的功率约为9千瓦(12马力)的活塞式发动机。虽然今天看来,这台发动机的性能并不先进,但它却是世界上第一种飞上天的航空发动机。在过去的一百多年里,人类所使用的主要的航空发动机,基本上可分为活塞式发动机与空气喷气式发动机两大类。
   活塞式发动机具有耗油低、成本低、工作可靠等特点,在喷气式发动机发明之前的近半个世纪内,是唯一可用的航空飞行器的动力。作为第一台飞上蓝天的航空发动机,活塞发动机对航空技术的发展作出了巨大的历史性贡献,功不可没。由于发动机功率与飞行速度的三次方成正比,随着飞行速度的提高,要求发动机功率大大增加,从而使其重量和体积都随之迅速增加;另一方面,在接近声速时,螺旋桨的效率会急剧下降,也限制了飞行速度的提高。要进一步提高飞行速度,尤其要达到或超过声速,必须采用新的动力装置。
   喷气式发动机可以产生很大的推力,而自身重量又较轻,从而大大提高了飞机的飞行速度。世界上第一架以喷气发动机为动力的德国亨克尔He-178飞机在1939年首次试飞时就达到了700km/h的飞行速度,已接近活塞发动机飞机的极限速度,宣告了一个新的航空时代的到来。二战结束后,随着工业技术水平的提高和冷战的需要,美、苏、英、法等国家纷纷研制发展喷气式发动机,首先用于战斗机上,随后用于轰炸机、运输机和民航客机上,引发了一场航空工业的“喷气革命”。
   当然,这样的分类只是代表了航空发动机的过去和现状,属于“传统”的航空发动机。随着新的航空百年的到来,一些非传统、新概念的航空发动机已经开始初露端倪,如脉冲爆震发动机、多核心机发动机、组合发动机,以及利用新能源的太阳能、燃料电池、微波电动发动机等。可以想象,等到第三个航空百年来临的时候,航空发动机的分类图必将得到极大的扩展和充实。