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喷气式飞机

喷气式飞机(Jet Plane)是一种使用喷气发动机作为推进力来源的飞机。喷气式飞机所使用的喷气发动机靠燃料燃烧时产生的气体向后高速喷射的反冲作用使飞机向前飞行,它可使飞机获得更大的推力,飞得更快。

喷气式飞机由于发动机运作原理的不同,需在10,000米至15,000米的高空中才能达到最佳推进效率。除此之外,为配合高空飞行时的气压降低,喷气客机大部分都配置有加压舱,而驾驶喷气军用机的飞行员,则需要穿戴具有加压功能的飞行服及飞行面罩。

随着航空业的不断发展,世界上许多飞机设计师都在探索使飞机飞得更快的办法。他们在实践中发现,活塞式飞机已接近时速750千米,升限12000米的极限。要使飞机飞得更快更高,必须更换发动机。于是,喷气式飞机诞生了。

世界上最早提出喷气推进理论的是法国的马克尼上尉和罗马尼亚的亨利科安达。科安达还在1910年前后试制过最早的喷气式飞机,并制造出一架原型机。

20年代末,当时任英国空军教官的弗兰克惠特尔提出了喷气发动机的设想,并于1930年申请了专利,但当时惠特尔的设想听起来就像把人送上月球一样难以令人置信,飞机制造商们对此不感兴趣。直到1935年事情才有了转机,惠特尔得到一些空军人士的支持和银行家的资助,得以成立 “动力喷气有限公司”。1935年6月,惠特尔开始设计制造真正的喷气发动机。他和同事们一起从零开始,一个部件一个部件地研制,终于制造出第一台涡轮喷气发动机运转起来。

几乎与惠特尔同时,德国的冯奥亨也在研制涡轮喷气发动机,并在1937年9月使发动机第一次运转成功。由于得到亨克尔飞机公司的支持,装有冯奥亨研制的Hes3B涡轮喷气发动机的He178飞机于1939年8月27日首次试飞成功,成为世界上第一架喷气式飞机。

最早发明喷气式飞机的是德国飞机设计师亨克尔与奥海因。1939年,飞机设计师亨克尔找到研制喷气式发动机屡遭挫折的奥海因寻求合作,两人一拍即合。奥海因是位燃气涡轮专家,他从1934年起就开始研制涡轮发动机,并取得了一定的进展,这次跟亨克尔合作非常兴奋。两位有志青年密切配合,协调工作,一个设计飞机,一个设计燃气涡轮发动机,研究工作进展顺利。1939年8月27日,两人心血的结晶He-178喷气式战斗机试飞成功,它标志着人类航空中上喷气飞行时代的到来。

而英国空军在惠特尔的 “U”型喷气发动机运转成功之后 ,仍认为这种新型发动机只是一个远期设想,不必操之急,因而在喷气式飞机的研制上落在了德国的后面。直到1941年5月15日,英国的第一架喷气式飞机才在一片喧闹声中首次起飞。

1942年8月,“彗星”试飞完毕,定型生产。该机使用的喷气发动机可产生2000千克推力,飞行最大时速可达953千米,装有2门航炮。“彗星”参战是在德军日渐溃败的1944年的一天,“彗星”便以它独特的高速优势一举击落了3架美国先进的战斗机P-51,紧接着又“干掉”了2架B-17轰炸机。一时间,“彗星”喷气式战斗机在空中战场上声名大噪。

然而,喷气式战斗机毕竟还是一项崭新的技术。“彗星”除在速度上占有优势外,许多方面的性能远不及当时优秀的活塞式战斗机。同盟国在研究了解“彗星”后,很快找到了它的弱点并进行了坚决巧妙的反击,使“彗星”无法发挥作用,成了“短命鬼”。但勿庸置疑,“彗星”作为世界上最早的喷气式战斗机,在人类的航空史上具有特殊的位置。

1942年,梅塞施米特研制的一种喷气式战斗机Me-262,其性能就有明显提高。它装有2台容克公司提供的涡轮喷气发动机,共产生的推力达1800千克,试飞时速为870千米每小时。世界上最早的实用型喷气式战斗机。1944年6月投入空战后第一个月就创下了不菲的战绩,使盟军22架飞机机毁人亡,德国空军飞行员自豪地称它为“空中之王”。

二战期间,盟军装备部队的喷气式战斗机只有英国制造的“流星”。其实涡轮喷气式发动机的专利是英国人惠特尔于1930年代获得的。由于英国当局不够重视,喷气战斗机的研制工作进展十分缓慢,反被德国人后来居上。直到1943年3月,被命名为“流星”的喷气战斗机才试飞成功。这是世界上继德国Me-262后第二种实用型喷气战斗机。第一批产品的最大时速为675千米,此后不断改进,主要是喷气发动机的技术日趋成熟,使“流星”的最大时速达793千米。

“流星”和Me-262两种喷气式战斗机,分别装备了盟军和德国军部队,但它们未能在二战的空中舞台决出雌雄。

喷发动机的诞生,为人们追求更快、更高的飞行目标提供了可靠的动力。喷气式飞机一诞生,就接二连三地打破了活塞式创造的飞行速度和高度的记录。1944年,德国和英国的首批喷气式战斗机投入使用。1949年,第一架喷气式民航客机──英国的 “彗星”号首次飞行。从此,人类航空史进入了喷气机时代。到今天,世界上绝大部分作战飞机和干线民航客机都早已实现了喷气化。

世界上第一架真正实用化的喷气式飞机,普遍认为是1939年8月27日纳粹德国首度试飞成功的亨克尔(Heinkel)He 178。

今日的喷气式飞机多以75%至85%音速飞行,相当于0.75至0.85马赫,它们所使用之推进系统,依照其运作原理的特性差异,通常还可以被大致分类为下面几种:

涡轮喷气发动机(Turbojet Engine)

涡轮扇发动机(Turbofan Engine)

涡轮螺旋桨发动机(Turboprop)

冲压式喷气发动机(Ramjet Engine,仍在发展阶段尚未实际量产)

利用牛顿反作用力的第三定律。

第一步,发动机前面装有空气压缩机,现代压缩机分为7--9级,压缩机转子周圈装满叶片,发动机启动后,压缩机旋转吸入外界的空气,外界的空气进入导向器以后,压缩机把气体一级一级向后压,气体的浓度越来越浓,压力也就越来越大,当气体通过最后一级后,气体压力增大很多倍。然后进入燃烧室,在燃烧室里,喷电打火,喷油燃烧,因气体中含有氧气,气体燃烧膨胀,向后喷出,燃烧室后面是涡轮,涡轮轴上装涡轮盘,涡轮盘周圈装满叶片,涡轮分7--13级,通过涡轮旋转再一级一级向后压,气体通过发动机后部的涡轮一级一级压缩,压力再提高几百倍,最后,通过尾部喷口喷出。产生反作用力,使飞机向前飞。

许多人都有一种错觉,认为飞机全都烧汽油。其实并不是这样,现代喷气式飞机就是选择煤油作燃料的。

喷气式飞机发动机工作原理和活塞式发动机有所不同,它的燃烧过程并不是间断进行的。燃料点燃,以后就可以燃烧到发动机断油。所以,不要求燃料有相当好的蒸发性,烧汽油就显得大材小用了。不但这样,现代喷气式飞机飞得高、而且速度快,于是带来一个很大的问题:处在高空飞行的飞机,因为空气相当稀薄,大气压力也小,而且燃料处于低压状态,通常在这种环境下,假如以汽油为燃料,油箱以及油路中的汽油就会马上沸腾,从而产生许多油蒸汽,阻塞油路,造成“气塞”。发动机也会由于得不到燃料而在空中停车,从而造成机毁人亡的严重飞行事故。为了防止“气塞”出现,喷气式飞机也只能采用沸点比较高、而且不易蒸发的煤油作燃料了。

此外,煤油的润滑性要比汽油好得多,而汽油会使发动机各个机件润滑性能变差,极大缩短发动机的使用寿命,因此这也是喷气式飞机烧煤油的另外一个原因。

螺旋桨飞机是靠螺旋桨旋转时产生的力来使飞机向前飞行的。但是当螺旋桨的转速和飞机的飞行速度达到一定程度时,就无法再靠加快螺旋桨转速使飞机更快了。

低空低速性能相比螺旋桨的要差,还有最致命的就是发动机了 ,喷气机的一切性能最根本还是发动机,高空高速情况下对发动机依赖很大。一旦发动机故障了就失去动力,而飞机本身比螺旋桨飞机重多了,滑翔性能差,考验飞行员的时候到了,弄不好就得失去生命。

喷气式战机,尤指战机,空中战斗变成是更困难的一种任务,因为开火的最佳时机变得只在一瞬之间。虽然有了制导导弹,但是制导导弹会被干扰,机炮打击也很重要!

喷气式飞机于第二次世界大战期间,在交战各方打得最为激烈的时刻,英、德两国的喷气式战机相继飞上蓝天。英国的“格洛斯特”E28/39、德国的“亨克尔”He280、“梅塞施密特”梅262等战机在空战中都表现不俗。自那时起,世界航空大国的喷气式飞机在速度上展开了激烈的较量。

突破音障,冲刺2000公里时速

喷气式飞机的问世,将航速一下子提高到900950公里/小时,使飞机航速成功地接近音速。但是,要突破音障,实现超音速飞行,还必须对飞机的空气动力外形进行一次质的变革。于是,航空专家们选择了阻力系数最小的箭形翼结构模式。

1948年,前苏联拉沃奇金试验设计局研制出第一架超音速飞机拉176。飞机机翼设计成45°角后掠翼,动力装置系推力22千牛的RD45F涡轮喷气发动机。1948年12月26日,年轻的苏联飞行员奥列格索科罗夫斯基在试验中心驾驶试验型拉176前线歼击机进行试飞,在规定的水平飞行中,于7000米高空航速达到1105公里/小时,相当于1.021马赫。其航速大大超过了当时国际航空联合会登记在册的世界记录。1949年1月,试飞员们又连续6次创造了超音速飞行的速度记录。

突破音障,实现超音速飞行的成功之举使航空设计师和试飞员们信心倍增,决心突破2000公里/小时的速度大关。不久,米高扬设计局研制出世界上首架投入批量生产的超音速飞机米格19前线歼击机。这种机翼后掠角为55度的战机最大飞行速度可达1450公里/小时。1952年5月24日,前苏联试飞员格里格里谢多夫驾驶试验型样机创造出当时世界最高速度记录1.19马赫。但是,由于某种原因,谢多夫的成绩并未列入正式记录。

1953年10月,美国驾驶员伊韦斯特驾驶YF100A试验型战机,飞行速度达1215.298公里/小时,创造了新的世界记录;1955年8月,美国飞行员汉斯驾驶投入批量生产的F100C“超级配刀”战斗机,将他的同胞伊韦斯特保持了近两年的记录刷新成1323.312公里/小时;1956年,英国人特维斯驾驶FD2试验型飞机将世界飞行速度猛提至1821.7公里/小时(1.731马赫)。此后,又轮到美国人露脸了:德柳和欧文驾驶F101A和F104A“战斗明星”战斗机在飞越25公里航段时,速度分别达到1943.5公里/小时和2259.538公里/小时。但是,欧文的这一记录很快被法国人打破了。1958年10月,法国飞行员杜卡驾驶试验型“粗毛犬”战斗机(因发动机复杂未投入批量生产)航速达到2330公里/小时。

再创辉煌,向3000公里时速进军

美、法飞行员相继突破2000公里/小时的速度大关,苏联也不甘落后。50年代后期,米高扬设计局研制出米格21三角翼飞机。1959年10月,试飞员格英索洛夫驾驶标号为E66的米格21试验型样机飞机,时速高达2388公里。

不久,美国人就打破了这项世界记录。1959年年末,美国飞行员罗杰斯驾驶F106A“三角标枪”三角翼无尾截击机创造了2455.7公里/小时的新记录。两年后,美国飞行员罗宾逊驾驶装配大加力推力式发动机的“巫毒”多用途战斗机又将航速提高到2585公里/小时。

1962年年中,前苏联飞行员格莫索洛夫驾驶新式三角翼试验型飞机E166再次超过美国人,其航速达到2681公里/小时。

在以后的数年中,美国的“黑鸟”飞机占了上风。SR71“黑鸟”于1962年4月首次升空。此型飞机的最初3架样机系远程截击机,其标号为YE12A,而投入批量生产的则是SR71A型战略侦察机。

1965年5月1日,罗伯特史蒂文斯上校和武器操作手安德列达尼威尔中校驾驶YE12A在25公里航段的飞行期间取得3320.45公里/小时(3.17马赫)的平均的、速度。这是喷气式飞机的一项绝对记录。另一位空军飞行员华尔特戴尼泽尔少校与武器操作手詹姆斯库尼大尉、诺艾里沃尔纳少校轮流驾驶,以2644.22公里/小时和2718.06公里/小时的航速分别打破了500公里和1000公里闭式航线上的飞行速度记录。此外,美国人还获取了负载1000或2000公斤飞行1000公里闭式航线的最高航速。

两年后,罗伯特史蒂文斯再创佳绩。1967年4月17日, 他以3马赫的速度飞完22400公里。这是当时航程最远的一次飞行,为此他与侦察设备操作手肯尼特赫利中校均荣获国际航空联合会颁发的金质奖章。

1967年10月5日,前苏联飞行员米科马罗夫驾驶E266飞机(米格25的原型机)从美国人手中夺回一项记录:他在飞行200公里闭式航线时的速度达到2981.5公里/小时。这项世界记录一直保持到今天。

70年代,美国“黑鸟”再创辉煌。1971年4月,飞行员托马斯艾斯蒂斯上校和操作手德温维克上校往返穿越整个美国上空,尔后环绕西部各州飞行一周,在不到10个小时的时间内,共飞行24000公里。

1974年,美国一架战略侦察机又创佳绩:英国皇家海军的一架F4K“鬼怪”战斗机于1969年创造了由纽约飞抵伦敦用4小时40分的记录,而飞行员詹姆斯萨利温少校和侦察设备操作手诺艾尔威迪菲尔德少校驾驶机号为6417972的SR71A战略侦察机,仅仅用1小时55分42秒就轻松飞完这条全长5570.80公里的航线,平均时速达2908.026公里;该机在法恩伯勒航空博览会上展示一周之后由伦敦飞往洛杉叽时,哈罗德亚当斯大尉和侦察设备操作手威廉马丘勒克用了3小时47分钟飞完全长9032公里的航程,平均时速为2387公里。

风光了10年之后,1976年7月27日,艾多福斯布赖索乌少校和操作手约翰费勒少校驾驶该机创造了3367.221公里/小时的1000公里闭式航线飞行速度记录。同一天, 罗伯特赫尔博大尉和操作手莱里艾利奥特则以25929.031米打破了平飞高度的世界记录。翌日,飞行员艾顿约斯大尉和操作手莫汉少校驾驶SR71由加利福尼亚的比尔空军基地起飞,在25公里航段神奇般地创下一项时速3529.56公里的绝对速度记录。

当然在那些年中,也并非SR71“黑鸟”一枝独秀,在一次航空速度节上苏制米格25歼击机就曾是升起的一颗耀眼的新星。除了它的“法定继承者”米格31之外,米格25是世界上速度最快的作战飞机。北约情报机关曾经为米格25作过极为出色的广告宣传:经雷达测定:“孤蝠”B侦察机(北约对米格25的称呼)飞行时速高达3395公里(3.2马赫),“孤蝠”歼击机挂带4枚“毒辣”空对空导弹时航速仍可高达2969公里/小时。

由米高扬设计局研制的米格25截击机,不愧为喷气式战斗机的佼佼者。它是世界上投入批量生产的第一架航速高达3000公里/小时的喷气式战斗机。美国军方对苏联作战飞机在质量上的突破深感焦虑不安。为此,美国国会还专门举行了一次听证会。

1972年,米格25进行了现代化改造。装备了最大加力推力达132.4千牛的R15BF2300型大功率发动机,在携带全部导弹的情况下,飞行速度仍然可达3马赫。以米格25为基础研制的E266M试验型飞机,在19751977年短短两年内就创造了多项航空记录;E266A试验型飞机的升限接近38000米。

美国中央情报局千方百计猎取这种超级性能战斗机的情报。他们首先将目标对准苏联防空军飞行员威克托别连科上尉。

1976年9月6日,别连科上尉在美国中央情报局间谍人员的策动下驾驶米格25截击机叛逃日本。

蓝天巾帼,创下骄人记录

在喷气式飞机的速度较量中,巾帼同样不让须眉。美国女飞行员扎克琳科克兰和俄罗斯女性斯韦特兰娜萨维茨卡娅都创下了骄人的世界记录。

1961年8月、1963年4月和1964年5月,扎克琳科克兰先后驾驶T38、TF104G、F104G飞机在1525公里航段上连续3次创造了女性世界飞行速度记录,其航程分别达到1358.6公里/小时、2048.875公里/小时和2300.234公里/小时。

1975年6月,苏联功勋运动健将斯韦特兰娜萨维茨卡娅驾驶米格25,时速达到2683公里,超过扎克琳383公里/小时。培养萨维茨卡娅完成创记录飞行的教官是功勋试飞员、苏联英雄亚历山大菲奥多托夫。他仅带几次后,就发现了斯韦特兰娜的天才。在教官眼里,斯韦特兰娜思维敏捷、吃苦耐劳、求知欲极强,能够迅速掌握传授给她的一切知识。而学生确实没有辜负教官的培养和期望,很快就成为一名杰出的女飞行员。她以超过音速2倍的航速创下了女性飞行速度的世界记录。


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