剥开不同时期飞机光鲜的外表能看到些什么（9）

  如今乘坐飞机出行是人们外出旅行一个习以为常的选择，是因为乘坐飞机目前是最快捷、最便利、最经济的一种出行方式。

  可能大家不知道的是，正是飞机装机的航空发动机成就了现代飞机，换句话说就是，最好的飞机是因为有最好的发动机，因此才有了伦茨勒说的“发动机是飞机的心脏”这句话。

  当然，现代航空发动机慢慢的变成了一个大国总实力的代表。据说日本通商产业省曾进行过一项专门的统计研究，研究根据结果得出，按照产品单位重量创造的价值来计算，如果船舶为1，则汽车为9，电子计算机为300，大型飞机为800，而航空发动机则高达1400。

  1907年2月17日，莱特兄弟发明有动力的飞机时，其使用的是活塞式发动机，使用这种发动机的飞机其飞行高度、飞行速度尽管不断地创造新的纪录，但它却存有两个不容忽视的问题，一是螺旋桨飞机不适合高空高速飞行，另一个问题是螺旋桨飞机在高空高速飞行时所产生的的噪音让人难以忍受。

  其实，上述两个问题归根到底都是出在其装机的活塞发动机和其配套的螺旋桨方面。

  活塞发动机是通过驱动螺旋桨转动而产生拉力，从而将飞机前的空气向后推并使其前进或加速。实践上，活塞-螺旋桨组合产生的拉力有几个局限，包括螺旋桨桨叶直径的限制（影响飞机起落架的高度）、螺旋桨能够吸收的总功率（桨叶面积和每分钟旋转数）的限制，以及各个气缸中活塞运动驱动曲轴功率输出的限制等。

  可以作一个简单的计算，假设当初莱特兄弟发明的发动机重量是700磅，还假设这架飞机的升阻比是7，要实现30英里/小时的速度飞行，这架飞机就需要产生100磅拉力的发动机。这个拉力乘以44英尺每秒（即30英里/小时），然后再除以550英尺磅每秒/马力，其结果是8马力，这与莱特兄弟发明飞机装机发动机的输出功率基本吻合。

  很有意思的是，前一个问题是站在飞行员的角度来看待高空高速飞行，而后一个问题则是站在乘客的角度来看待高空高速飞行。

  事实的确如此，提出前一个问题是一位名叫弗兰克·惠特尔（Frank Whittle）的英国皇家空军飞行员，而提出后一个问题的是一位名叫汉斯·约阿希姆·帕布斯特·冯·奥海因（Hans Joachim Pabst von Ohain）的德国物理学家，他们几乎在相同的时间分别发明了一种新的发动机，这就是燃气涡轮发动机，时间分别是1937年4月和3月，因此，他们俩人都被称为“涡轮喷气发动机之父”。

  当然，苏联的A∙M∙留里卡在1937年也提出了涡轮喷气发动机设计的具体方案，并且他依据其轴流式压气机方案的喷气发动机于1940年在列宁格勒的基洛夫工厂完成制造，但因苏联卫国战争爆发而不进行飞行测试，使得留里卡并没有像惠特尔和奥海因那样被称为“涡轮喷气发动机之父”。

  惠特尔于1907年6月1日生于英国考文垂。1923年1月，时年16岁的他通过了皇家空军的入学考试，开始为期3年的机械师培训。1926年，他以第7名总成绩毕业，并有幸得以递补身份进入克伦威尔皇家空军学院学习飞行。

  克伦威尔皇家空军学院不仅教授飞机驾驶技术，而且还开设有不少航空技术和基础理论方面的课程。惠特尔在此受到了正规且良好的航空教育，使他具有了飞行员和机械师的双重能力。

  惠特尔想到，如果将活塞发动机所依据的热力循环中的每一个过程转变成一个连续的过程，那么活塞发动机是不是就可以发出连续的动力。

  很显然，活塞发动机是不可能完成这样一个连续的过程，而是一个与活塞发动机完全不同的新型发动机。

  1928年秋天，在皇家空军学院学习的第四学期，惠特尔在学院院刊上发表了一篇名为《飞机设计的未来发展》（Future Developments in Aircraft Design）的论文，其中论述了飞机高空高速飞行时发动机原理方面的问题，这标志着他对下一步研究的新型发动机的构想已经接近成熟。

  1930年1月16日，惠特尔撰写了一份喷气式发动机设计专利申请书。他设计的发动机有一个2级轴向进气和1级离心式的压气机，压气机给数个直流单管燃烧室供气，燃烧室燃烧产生的高温燃气驱动一个2级轴流式涡轮旋转，涡轮则通过转轴带动位于燃烧室前面的压气机，而经过涡轮之后燃气从多通道的排气喷管排出。

  1936年1月27日，惠特尔、威廉姆斯及亭林等三人合资成立了动力喷气有限公司(Power Jets Ltd∙)，真正开始燃气涡轮发动机的研发。

  1937年4月12日，惠特尔研制的首台涡轮发动机开始点火运转，并取得初步成功。

  此后，在这台发动机上进行了多次改进，并于1941年11月11日完成了能够产生1600磅推力的W.1.X发动机的研制工作。5月15日，配装W.1.X发动机的格罗斯特E.28飞机在试飞员塞耶驾驶下

  于1943年研发了W.2/700发动机、维兰德（Welland）和德温特（Derent）发动机，第二年10月研发成功的尼恩（Nene）发动机处更是成为第一代涡轮喷气发动机的经典之作，从而奠定了惠特尔在燃气涡轮发动机创造中的核心地位。

  1948年，英国政府授予惠特尔勋章和奖金，封他为爵士爵位，并晋升为皇家空军准将。

  1976年惠特尔移居美国，成为美国海军学院教授。1992年，他获得了美国工程科学院颁发的最高工程奖——德拉佩奖，该奖被誉为“技术诺贝尔奖”。

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