第412篇《极简航空动力史》(2)

18世纪后期，热力学以及作为热力学分支的工程热力学诞生，奠定了航空动力事业的科学基石。热力学的基本理论为四大定律，分别揭示热平衡、能量守恒、过程方向性和绝对零度不可能达到等规律；这些基本定律与状态函数（温度、内能、熵、焓等）一起，构成了热力学科学体系。从基本定律出发，应用状态函数，进行数学推演，得到系统平衡态各种特性的相互联系，是热力学的基本方法。工程热力学的基本任务则是：通过对热力系统、热力平衡、热力状态、热力过程、热力循环和工质的分析研究，改进和完善热力机械与工作循环，以提高热能利用率和热功转换效率。

（5）以蒸汽机为航空动力装置的探索

作为“万能的原始动力”，以蒸汽机为动力装置的飞机设计先后出现。1843年，英国威廉姆?塞缪尔?汉森获得“空中蒸汽车”设计专利。1881年，俄国莫扎伊斯基获得“空中飞行器”专利权。1890年，法国阿代尔制造“风神”扑翼机，也采用蒸汽机为动力。上述设计与探索在工程上均未获成功。

（6）喷气发动机设想与雏形初现

1908年，法国雷恩?洛兰提出喷气发动机设想——在活塞发动机的排气阀上接一喷管，通过喷管将燃气向后喷射产生反作用力推动飞机飞行。1910年，罗马尼亚的亨利?科恩达制成一架名为“科恩达1910”的螺旋桨双翼机，采用活塞发动机，带动一个管道内风扇转动，驱动空气向后喷出，产生反作用推力，可认为是喷气发动机的雏形。

二、活塞时代

（7）内燃机的发明与应用

1876年，出生于法国的德国发明家罗斯·奥古斯特·奥托制造出世界第一台四冲程内燃机。1886年，德国卡尔·本茨将改进后的奥托内燃机用于三轮汽车，开辟汽车时代，昭示航空用活塞式发动机的前景。

（8）世界第一台上天的飞机发动机

1903年，莱特兄弟的\"飞行者一号\"试飞成功，使用的是由查尔斯?泰勒改制的水平直列式4缸水冷发动机，功率8.95千瓦，重量81千克，功重比0.11（发动机功率与质量之比，单位千瓦/千克，可隐去单位，以下同），为世界上第一种上天的活塞式飞机发动机。

（9）开启活塞时代

从1903年首次动力飞行，到第二次世界大战结束，称为航空活塞时代。活塞式发动机加上螺旋桨，构成所有战斗机、轰炸机、运输机和侦察机的推力系统；活塞式发动机加上旋翼，构成直升机的动力系统。活塞式发动机的改进完善，使航空器性能不断提高。发动机功率从9千瓦提高到2500千瓦，功重比从0.11提高到1.5，飞机飞行速度从16千米/小时提高到近800千米/小时，接近螺旋桨飞机的速度极限。

著名活塞发动机有：英国梅林V型12缸液冷式发动机，功率1120千瓦，用于“飓风”“喷火”和“野马”战斗机。美国普·惠公司的“黄蜂”系列星形气冷发动机，气缸7~28个，功率970~2500千瓦，用于多种战机；其中，“超级空中堡垒”B29轰炸机采用R-4360星型28缸气冷活塞发动机。

三、喷气时代来临

（10）喷气发动机的第一份专利

法国的雷恩·洛林继1908年提出喷气发动机设想后，于1913年获得第一个无压气机式空气喷气发动机专利。

（11）惠特尔对涡轮燃气发动机的创见

1928年，英国弗兰克?惠特尔发表论文《飞机设计的未来发展》，首次提出涡轮喷气发动机的设想——发动机吸入空气，经压气机压缩，进入燃烧室，喷油燃烧产生的高压燃气，驱动涡轮带动压气机，然后高速从尾喷管喷出，产生推力。这是一个伟大的创见。惠特尔不仅阐释其原理，还做出推力的数学推导。1932年，他申请的离心式涡喷发动机专利获得批准。1936年，惠特尔还获得涡轮风扇发动机的设计专利。

（12）涡轮喷气发动机问世

1937年，惠特尔研制出世界首台离心式压气机涡轮喷气发动机；经改进，推力达到650千克力。1941年，使用惠特尔发动机的E28/39喷气式飞机首飞。德国人汉斯·冯?奥海因于1935年获得轴流-离心组合式压气机涡喷发动机的专利，1938年独立研制成功轴流-离心组合式压气机涡喷发动机，次年，配装此发动机的亨克尔飞机公司的He178飞机首飞，航空喷气时代开启。

（13）苏联的涡喷发动机发展

1929年，斯捷契金提出喷气发动机的设想。1937年，留里卡提交航空喷气发动机设计方案和论文。1947年，留里卡和他的团队研制出苏联首台喷气发动机，并在苏-11战斗机上首飞成功。同时，结合仿研英、德产品，苏联实现了航空发动机的自主发展。

文章来源：《航空动力学报》 网址: http://www.hkdlxbzz.cn/zonghexinwen/2020/1103/335.html