@ 2015.10.31 , 10:03
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喷气引擎:航空的尴尬青春期

回顾从前,很容易看到喷气发动机的出现,迎来了活塞动力设计无法实现的飞机性能水平。然而,像许多根本上的独特技术突破一样,当时代的航空工程师们完全掌握这种新动力装置的潜力需要时间,设计师们则需要更多时间来理解如何有效利用喷气动力。在从旋转螺旋桨进入喷气时代的这个尴尬过渡期间粗线的许多飞机,反映了当时各异和不确定的设计哲学。

双管齐下

喷气发动机给美国海军提出了一个特别棘手的窘境。即使在二战中,海军也急于利用这种新兴动力。然而,早期喷气飞机的油门响应非常慢而且着陆速度相对高。这两种特质使得大多数第一代喷气机不适合在当时的航母上飞行。临时解决方案是一架既有喷气动力又有星形发动机的飞机,Ryan FR-1火球(一个对于作战飞机来说相当不幸的名字)。

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Ryan FR-1火球使用星形发动机和喷气引擎。注意这张照片中螺旋桨是静止的。(US Navy image)

风格上看,火球在其舰载机同伴中并不出众,钝机鼻中的星形发动机,平直短粗的机翼,它差不多跟一辆光面漆的蓝色自卸卡车一样圆滑。三轮车式起落架是该机唯一明显可见的偏离常规。

FR-1的喷气发动机很好地隐藏在机身内。只有敏锐的眼睛才能发现暗示火球第二动力的细微线索(机翼前缘的进气口和小尾排管)。火球飞行员们最喜欢的把戏是靠近其他飞机并随手关掉星形发动机,然后他们会“魔法般地”只使用来自不可见的喷气发动机的推力超到前面。

尽管火球外观标准,它展示了几个超越复合动力系统的创新,例如,它有层流翼和平头铆钉——在舰载机都是第一次。最终的结果是一架性能虽不一流但也令人印象深刻的战斗机。它在很大高度范围中都相当地快,并具有出色的操控性,火球的飞行员们必须小心避免不要推过飞机结构极限。

喷气发动机通常燃烧某种煤油,然而火球的两种引擎都烧航空汽油。共享燃料箱的能力肯定能减少使用不同发动机所造成的复杂性。

喷气式飞机(更大的动力,更好的空气动力)及航空母舰(蒸汽弹射器,斜角飞行甲板)的发展将很快迎来一大波舰载喷气机。

一个中队在1945年3月接收了FR-1,但它们在战争结束前并没有见到战斗。喷气式飞机(更大的动力,更好的空气动力)及航空母舰(蒸汽弹射器,斜角飞行甲板)的发展将很快迎来一大波舰载喷气机,结果,FR-1仅服役两年后就退役了。

即使在FR-1快速退役后,海军还登场了另一种复合动力飞机北美AJ野人,25吨重的野人是数年内最大和最重的舰载机,它的大小由其目的所决定——投放1万磅重的原子弹。

像火球一样,野人机身里也插着一台喷气发动机,但所有相似性到此为止。两台大型星形发动起吊在机翼下方,这些发动机是主要动力来源,喷气引擎仅在起飞时才使用,并在投弹期间用于提高速度。

野人设法凑合出一个相当长的服役期限,值得庆幸的是,它从未被用于其预定的核角色。AJ最初在1950年开始运作,到1957年全喷气式的道格拉斯A3D空中勇士取代野人成为海军的舰载原子轰炸机。AJ作为照相侦察平台和空中加油机一直坚持到1962年,这些角色最终也被A3D吸收。

加上喷气引擎即可

工程逻辑表明,围绕活塞/喷气复合动力系统设计的飞机,比在其职业生涯后期转变为复合动力的飞机更为成功。然而,历史揭示了一系列令人印象深刻的螺旋桨飞机,通过拴上几个喷气发动机而避开了废品堆场。

巨大的康维尔B-36和平缔造者轰炸机就是因为在后期型号加入喷气引擎而获得更长寿命的飞机的最好例子。B-36最初构思于1941年,当时英格兰的未来仍然存疑,而美国军方规划者们看到一架能横跨大西洋抵达德国境内目标的轰炸机的需求。虽然第一架和平缔造者1946年首飞时二战已经结束,美国陆军航空队仍然见到大型洲际轰炸机的需求。

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巨大的康维尔B-36的后期型号有6台星形发动机和4台喷气引擎。(US Air Force image)

有着230英尺翼展、重量超过250,000磅的B-36赢得了“镁质阴天”的昵称。这架巨大的轰炸机由埋在机翼中的六台3,000马力星形发动机驱动。虽然它能达到令人印象深刻的350英里最高时速并爬升到46,000英尺以上,要帮助它在喷气时代生存,还需要甚至更好的性能。

从B-36D型号开始,每侧机翼上增加了含有两台喷气引擎的吊舱。有了“六螺四喷”,该轰炸机的最高时速飙升到440英里,而且可以在将近360,000磅重量上起飞。鉴于喷气引擎增加的性能,该机一直服役到1959年,它的替代是波音B-52,至今仍然活跃。

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航空博物馆中的这台KC-97是众多添加辅助喷气引擎增强性能而获得职业生涯延长的大型螺旋桨飞机之一。

一大波其它大型螺旋桨驱动设计也得到了喷气引擎补充。我最近参观了乔治亚州华纳罗宾斯空军基地的航空博物馆,当我走在户外展品间时,我对于多少飞机具有复合动力系统大吃一斤。有KC-97同温层货运机(NASA超级孔雀鱼的萌芽),C-123供应者运输机C-119飞行车厢运输机,和RB-69海王星(海军P-2的空军版),所有这些飞机都是在二战期间或不久后设计的。然而,其喷气增强性能使得它们中大部分服役经历越战,一直进入七十年代,甚至直到八十年代。

回到绘图板

到目前为止,我们已经看了同时利用活塞和喷气发动机的一些飞机,这些设计(和修改)选择由于不同原因而做出,并见到不同程度的成功。当时一些工程师认为最好立刻采用纯喷气动力,其中有几种通过改造已经研发、甚至全面投产的螺旋桨推进设计来采取这条路线。

俄罗斯雅科夫列夫设计局的雅克-15是工程师们把喷气动力移植进成熟的活塞发动机飞机的典范。随着俘虏到德国容克Jumo 004喷气引擎样机,俄罗斯工程师们研究并逆向工程其动力装置创造出克里莫夫RD-10,当RD-10被安装到雅克-3(可以说是俄罗斯最好的二战战斗机)上代替V-12引擎,嘭~即刻喷气战斗机,雅克-15!

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雅克-15就是一架雅克-3战斗机的V-12引擎换成喷气发动机,这种最低限度努力并没有利用到喷气动力的真正潜力。

对雅克-3做出的改变是结合新动力来源所需的最低限度,如此匆忙的努力意味着后来的修改和让步是必要的。例如,很快就注意到,雅克-15腹部喷出的炽热喷气射流往往会破坏跑道和机身后部。这就是快速进步的代价。

在北美FJ-1狂怒上可以看到重新设计的一个不那么明显的例子。即使粗看一眼也会发现这第一代喷气机与其著名的活塞发动机表亲P-51野马共享许多设计特征。狂怒在1948年进入美国海军服役,但不久就被更先进的设计取代。

在原型已经完成后又见到发动机类型改变的还有其它设计。道格拉斯XB-42 Mixmaster是一个独特的轰炸机方案,具有两台V-12引擎驱动尾部的对转螺旋桨。两架Mixmaster原型被建造并飞行,然后才决定用喷气发动机驱动该机——创造出XB-43。

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道格拉斯XB-42原本用双V-12引擎驱动尾部螺旋桨。这里展示的版本也有安装在机翼下的喷气引擎。该设计的下一迭代是一架全喷气式轰炸机。(US Air Force image)

在过渡到XB-43设计期间,第一架XB-42原型机在机翼挂架上安装了小喷气引擎——创造出又一个复合动力飞机。两架XB-42原型机最终坠毁,XB-43在1946年出现,成为美国第一架全喷气式轰炸机。再次地,两架原型机被建成,但该设计从未投入生产。

诺思罗普XB-35是另一种独特的轰炸机设计。这是一个巨型飞翼,有四具星形发动机驱动四组对转螺旋桨。XB-35原型机上复杂的螺旋桨传动带来的复杂性导致了喷气动力的轰炸机和侦察机版本的研发,分别是YB-49和YRB-49。YB-49由8台4,000磅推力的喷气引擎驱动,而YRB有6台5,000磅推力的喷气引擎,尽管这些飞机有着令人印象深刻的表现,它们从未进入生产。有趣的是,另一种诺思罗普飞翼轰炸机,目前的B-2幽灵轰炸机与其几十年前的前辈共享相同的172英尺翼展(和众多控制设备)。

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诺思罗普YB-49是XB-35轰炸机设计的全喷气发展。这架飞机的许多元素可以在现代的B-2幽灵上见到。(US Air Force image)

我已经注意到,标志性的B-52同温层堡垒是复合动力的B-36的替换。B-52是一种设计在设计阶段从螺旋桨推进改变为喷气动力的另一个例子。B-52的原始概念具有6台涡轮螺旋桨发动机,而并非是活塞式发动机。根据传说,在一次与空军的设计评审期间,波音的工程师们被告知纯喷气动力可以被考虑。波音团队在酒店房间里花了一个疯狂的周末,吸取较小的B-47同温层喷射机的经验教训,拼凑出一个新设计,在接下来的星期一向空军显示的这个八引擎后掠翼方案将会成为美国轰炸机机队的骨干,它预计将继续这个职能直到2040年以后!

终于吸取教训

虽然喷气引擎有希望提供超过活塞引擎飞机的性能,早期努力却往往达不到标准。改进措施则随着一系列混血品种和仓促工作蹒跚学步……有时候这足够了。然而,B-52证明,喷气动力的真正潜力直到结合其它进步(后掠机翼、吊舱安装引擎、柔性机翼结构等)才能实现。

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历史悠久的B-52设想为一架六引擎涡轮螺旋桨飞机。当后来考虑喷气发动机时,工程师们也加入了许多其它新技术,以确保该设计成功。(NASA image)

我们也可以回顾FJ-1狂怒的进一步证据。虽然其原始形态有些不中用,狂怒变身成为后掠翼的F-86军刀。军刀是有唯一有能力和俄罗斯米格-15(另一种后掠翼战斗机)平起平坐的美国战斗机。也有证据支持一架F-86曾打败Chuck Yeager和X-1火箭飞机达到mach-1的理论,不过我离题了。F-86将会在众多的北约空军中得到漫长的职业生涯。

一旦工程师们认可了利用喷气动力的大局,进一步改进就很快。从四十年代末到整个五十年代是航空在广泛领域内迅速发展的时期,或许电力或某些其它新引擎类型将会推动飞机设计的另一次革命。

本文译自 Tested,由译者 王丢兜 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 18+1

  1. 游客君
    @2 years ago
    2972463

    认真地从头看到尾之后我突然发现我连假装自己看得懂这种事都做不到(;´Д`)

    [25] XX [2] 回复 [0]
  2. 逗比
    @2 years ago
    2972468

    精神病人思路广

    [3] XX [11] 回复 [0]
  3. 毛茸茸
    @2 years ago
    2972469

    看的好累,手机上看算了,但是手机上又懒得发评论

  4. 2972474

    军迷领域.

  5. REISEREISE
    @2 years ago
    2972480

    然后用这些去
    轰炸那些汽车都造不出来的人

    [13] XX [0] 回复 [0]
  6. 恒河猪
    @2 years ago
    2972481

    牙科15那也叫喷气?飞得比螺旋桨都慢

  7. 芬里尔
    @2 years ago
    2972482

    译文:对雅克-3做出的改变是结合新动力来源所需的最低限度,如此匆忙的努力意味着后来的修改和让步是必要的。例如,很快就注意到,雅克-15腹部喷出的炽热喷气射流往往会破坏跑道和机身后部。这就是快速进步的代价。
    原文:“The changes made to the Yak-3 were the bare minimum necessary to incorporate the new power source. Such a hurried effort meant that subsequent modifications and concessions were necessary. For instance, it was quickly noted that the hot jet exhaust emerging from the belly of the Yak-15 tended to damage runways and the rear fuselage. Such is the price of rapid progress.”

    另外说一下某小编最后一句翻译和谷歌的一模一样–“Such is the price of rapid progress”
    文章中大量的主语缺失惨不忍睹,此外我在提下某小编翻译的杰作:http://jandan.net/2015/09/18/building-hypersonic-airliner.html
    这篇文章中为了所谓的精准直接把空姐的比喻翻译成肉欲的。被人说打死不认,还大言不惭地说是为了”精翻“。
    至于某小编的一贯翻译风格我想大家都清楚所谓的精翻是怎么回事了吧。

    [42] XX [1] 回复 [0]
  8. jerrybie
    @2 years ago
    2972493

    黑烟滚滚啊,不过欧美现在好像烟少多了,老毛子su和我们J还经常看到

  9. jerrybie
    @2 years ago
    2972496

    楼上硬是来了个高级翻译的,估计和作者们有仇

    [1] XX [14] 回复 [0]
  10. 风大算吊毛
    @2 years ago
    2972497

    坐飞机时总觉得这强力喷气引擎会把小翅膀拽掉

  11. 2972526

    本来就是休闲网站 觉得楼上太较真了

    [1] XX [14] 回复 [0]
  12. 2972597

    这个翻译问题不是一天半天的事情了

  13. 2972602

    @dduu:

    那跟咸鱼有什么分别╮(╯_╰)╭

    [10] XX [0] 回复 [0]
  14. 赫尔戈兰湾
    @2 years ago
    2972607

    WT里第一代喷气式战斗机,除了Me163,Meteor.F3基本都是渣….

  15. 2973109

    每天都看到一堆看不懂的文章真的是觉得煎蛋没救了,质量毫无下限还不如直接看原文

  16. 白鹰
    @2 years ago
    2973711

    我来得太晚了。。。很好的一篇文章!

  17. penguin
    @2 years ago
    2974309

    @domo: 人各有志,咸鱼也有咸鱼的乐趣\(o_o)/

  18. 落叶
    @2 years ago
    3087873

    煎蛋有追姑射山人2011的不 提到天上飞几十年的飞机 我感觉b-36看起来就比较适合 动力源用核反应的辐射无法避免 可能是用什么黑科技提供?或者飞机上直接上反重力装置 食物水等生活物资也是一个问题 不过支持的势力比较大的话 用专门的类似加油机的飞机传物资理论上也应该可行

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