噴氣發動機是中國人發明的嗎?
2022-07-04 17:37:44來源:五金行業資訊 編輯:五金行業資訊
很遺憾,現代意義上的噴氣發動機并不是中國人發明的,普遍公認的航空噴氣發動機之父是德國人“漢斯·馮·歐海茵”(Has·Von·Ohain)和英國人“弗蘭克·惠特爾”(Franck·Whittle)。這兩位青年,在那個時局緊張、硝煙彌漫的年代,在沒有互通信息的情況下,分別完成了自己的噴氣發動機設計,并且安裝到飛機上試飛成功。其中,惠特爾比歐海茵開始研制的早,而歐海茵比惠特爾試飛成功的早,因此兩個人都是噴氣發動機的發明人。但是,我們想說的,輝煌燦爛的古代中國文明,在很早就使用了現代航空動力學的某些原理,并誕生了噴氣發動機相關技術的一些“雛形”。然而,這些光輝的成就只屬于古人,具體上與現代噴氣發動機并無關系,只能說在理論上有某些相似之處,但是中國古人的智慧仍然令世人嘆服。
▲1941年,英國人惠特爾發明的噴氣發動機W.1型
中國古代發明與渦輪噴氣發動機的關聯1、燃氣渦輪原理雛形
也許令人意想不到的是,1100多年前的中國就發明了“類似現代燃氣渦輪原理”的“走馬燈”。經過學者的仔細研究論證,中國走馬燈幾乎就是現代燃氣渦輪的雛形,這種供民間元宵燈會玩樂使用的道具,主要由中心軸、蠟燭和紙輪組成。走馬燈底部孔洞可以視為進氣道壓氣機-吸入空氣、點燃的蠟燭則是燃燒室、被推動旋轉做功的紙輪就是渦輪。這與渦輪噴氣發動機通過進氣道引氣并在壓氣機內壓縮、燃燒室燃燒空氣和燃料混合物提供高溫高壓空氣,推動渦輪旋轉做功有“異曲同工之妙”。
▲中國古代走馬燈的“燃氣渦輪”原理
2、噴射反作用力原理雛形
噴氣式發動機燃燒燃料產生高溫空氣,通過噴氣推進飛機飛行,這種航空動力學上根據“作用力與反作用力”產生推力的技術,在中國北宋時期的“火箭”上就已經淋漓盡致的體現出來。而比“火箭”更早的名為“竄天猴”一類的爆竹,則應視為航空推進動力學的雛形。竄天猴和火箭都是燃料(火藥)燃燒后產生高溫高速燃氣,通過噴射燃氣達到飛天的目的。
▲類似竄天猴一類的爆竹
當然,我國古代還有許多技術發明與現代的航空有著千絲萬縷的聯系,以上只是列舉兩個簡單例子。但是,我們也不是說這些發明造就了現代噴氣式發動機,只能說很多技術原理的雛形很早就在中國出現過,中國古文明還是充滿了想象力的。
現代航空噴氣式發動機從何開始下面我們將正式進入噴氣式發動機的誕生史:1903年,美國萊特兄弟制造的一架裝有“四缸水冷活塞式發動機”的飛機進行了成功試飛,由此揭開了人類載人航空的序幕,也讓美國人在航空工業上快人一步。但是,在噴氣式發動機的開發史上,美國人則又遠遠落后于當時的歐洲,這也是軍事需要促進科技進步,科技進步又促進軍事進步的一種體現,畢竟那個時代的歐洲,常年彌漫著戰爭的陰影,各種新式兵器和技術層出不窮。
▲惠特爾開發的第一臺噴氣發動機進行試驗
在噴氣式發動機真正開始工程學意義上的實踐研究之前,法國人洛林曾在1908年設想過“在活塞式發動機排氣閥上安裝一支噴管,使燃氣通過噴管向后噴射,產生反作用推力”,這是歐洲最早關于噴氣方案的設想;1910年,羅馬尼亞人柯安達,利用活塞式發動機帶動一支管道風扇旋轉,驅動空氣向后噴射,產生反作用推力,并且將這種“管道風扇”式發動機安裝在一架飛機上在巴黎進行試飛。雖然飛機最終沒能飛起來,只是在地面上進行了短暫的前進跳躍,但是仍然為人們帶來了關于“噴氣推進”的啟發。這里說這兩個例子,也是最接近噴氣式發動機的兩個原理雛形。
▲世界上第一架噴氣式飛機,德國人研制的He-178
第二次世界大戰爆發前夕,用活塞螺旋槳裝備飛機的潛力基本上已經被挖盡了,歐洲各國想要尋求飛的更高、更快的航空器械,只能研究更先進的發動機技術。英國人惠特爾在求學期間就已經預見到活塞螺旋槳飛機的局限,提出渦輪噴氣推進的原理,并在1930年申請了專利。1936年3月,惠特爾在一家銀行的資助下成立了噴氣動力公司,開始研制燃氣貨輪發動機,并在不久后開發了WU型試驗機,然而在1937年4月進行的發動機試車中,兩臺試驗機均告失敗,直到1939年10月,第3臺試驗機才在1770r/min的轉速下,運行了20分鐘,推力達到5300N。此時,看到希望的英國空軍與惠特爾簽訂了研發合同,開發的W.1型噴氣發動機,可惜W.1性能不足,并且運行極不穩定,并沒有被采用。1941年5月5日,W.1B改進型噴氣發動機終于安裝在E28/39飛機上試飛成功。要知道,此時距離惠特爾申請噴氣發動機專利已經過去了11年,而德國人的噴氣式飛機也已經試飛成功1年有余了。
▲英國的第一架噴氣式飛機E28/39
同一個時代,德國的“青年才俊”歐海茵也在著手研發噴氣式發動機。1933年還在哥廷根大學讀書的歐海茵,開始探索噴氣式發動機,這比惠特爾要晚了幾年。1934年,他開始初步設計試驗機,結構方案為雙面離心式壓氣機、環形燃燒室、徑流式渦輪,設計時速為804.5km/h。大學畢業后的歐海茵在老師的推薦下,與大名鼎鼎的的亨克爾公司取得聯系,雙方對噴氣式飛機方案進行了反復論證,并于1936年4月15日簽訂研制燃氣渦輪噴氣發動機的合同,發動機代號為Hes-1,前后不過1年的時候就研發成功,此后經過改進終于制造出試飛用的Hes-3發動機。1939年春,為噴氣發動機配套的He-178飛機制造完畢,8月17日世界上第一架安裝燃氣渦輪發動機的噴氣式飛機He-178首飛成功,宣告人類正式進入噴氣時代,這比英國的噴氣機要早1年多。
▲He-178噴氣機模型
關于英、德兩國開發噴氣式飛機的歷史,我們就暫且講到這里,有關問題可以關注留言。此外,二戰結束后,歐海茵被美國海軍接收,后來轉入美國空軍“萊特-帕特森空氣推進實驗室”工作,后來惠特爾也來到美國,并且1992年兩人同時獲得有“工程界諾貝爾獎”之稱的查爾斯·德拉佩獎。所以,美國后來在噴氣時代的霸主地位,是建立在英德兩國的技術基礎上,也不為過。