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          噴氣引擎:航空的尷尬青春期

          回顧從前,很容易看到噴氣發(fā)動機的出現(xiàn),迎來了活塞動力設(shè)計無法實現(xiàn)的飛機性能水平。然而,像許多根本上的獨特技術(shù)突破一樣,當(dāng)時代的航空工程師們完全掌握這種新動力裝置的潛力需要時間,設(shè)計師們則需要更多時間來理解如何有效利用噴氣動力。在從旋轉(zhuǎn)螺旋槳進入噴氣時代的這個尷尬過渡期間粗線的許多飛機,反映了當(dāng)時各異和不確定的設(shè)計哲學(xué)。

          雙管齊下

          噴氣發(fā)動機給美國海軍提出了一個特別棘手的窘境。即使在二戰(zhàn)中,海軍也急于利用這種新興動力。然而,早期噴氣飛機的油門響應(yīng)非常慢而且著陸速度相對高。這兩種特質(zhì)使得大多數(shù)第一代噴氣機不適合在當(dāng)時的航母上飛行。臨時解決方案是一架既有噴氣動力又有星形發(fā)動機的飛機,Ryan FR-1火球(一個對于作戰(zhàn)飛機來說相當(dāng)不幸的名字)。



          Ryan FR-1火球使用星形發(fā)動機和噴氣引擎。注意這張照片中螺旋槳是靜止的。(US Navy image)

          風(fēng)格上看,火球在其艦載機同伴中并不出眾,鈍機鼻中的星形發(fā)動機,平直短粗的機翼,它差不多跟一輛光面漆的藍(lán)色自卸卡車一樣圓滑。三輪車式起落架是該機唯一明顯可見的偏離常規(guī)。

          FR-1的噴氣發(fā)動機很好地隱藏在機身內(nèi)。只有敏銳的眼睛才能發(fā)現(xiàn)暗示火球第二動力的細(xì)微線索(機翼前緣的進氣口和小尾排管)?;鹎蝻w行員們最喜歡的把戲是靠近其他飛機并隨手關(guān)掉星形發(fā)動機,然后他們會“魔法般地”只使用來自不可見的噴氣發(fā)動機的推力超到前面。

          盡管火球外觀標(biāo)準(zhǔn),它展示了幾個超越復(fù)合動力系統(tǒng)的創(chuàng)新,例如,它有層流翼和平頭鉚釘——在艦載機都是第一次。最終的結(jié)果是一架性能雖不一流但也令人印象深刻的戰(zhàn)斗機。它在很大高度范圍中都相當(dāng)?shù)乜?,并具有出色的操控性,火球的飛行員們必須小心避免不要推過飛機結(jié)構(gòu)極限。

          噴氣發(fā)動機通常燃燒某種煤油,然而火球的兩種引擎都燒航空汽油。共享燃料箱的能力肯定能減少使用不同發(fā)動機所造成的復(fù)雜性。

          噴氣式飛機(更大的動力,更好的空氣動力)及航空母艦(蒸汽彈射器,斜角飛行甲板)的發(fā)展將很快迎來一大波艦載噴氣機。

          一個中隊在1945年3月接收了FR-1,但它們在戰(zhàn)爭結(jié)束前并沒有見到戰(zhàn)斗。噴氣式飛機(更大的動力,更好的空氣動力)及航空母艦(蒸汽彈射器,斜角飛行甲板)的發(fā)展將很快迎來一大波艦載噴氣機,結(jié)果,F(xiàn)R-1僅服役兩年后就退役了。

          即使在FR-1快速退役后,海軍還登場了另一種復(fù)合動力飛機北美AJ野人,25噸重的野人是數(shù)年內(nèi)最大和最重的艦載機,它的大小由其目的所決定——投放1萬磅重的原子彈。

          像火球一樣,野人機身里也插著一臺噴氣發(fā)動機,但所有相似性到此為止。兩臺大型星形發(fā)動起吊在機翼下方,這些發(fā)動機是主要動力來源,噴氣引擎僅在起飛時才使用,并在投彈期間用于提高速度。

          野人設(shè)法湊合出一個相當(dāng)長的服役期限,值得慶幸的是,它從未被用于其預(yù)定的核角色。AJ最初在1950年開始運作,到1957年全噴氣式的道格拉斯A3D空中勇士取代野人成為海軍的艦載原子轟炸機。AJ作為照相偵察平臺和空中加油機一直堅持到1962年,這些角色最終也被A3D吸收。

          加上噴氣引擎即可

          工程邏輯表明,圍繞活塞/噴氣復(fù)合動力系統(tǒng)設(shè)計的飛機,比在其職業(yè)生涯后期轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合動力的飛機更為成功。然而,歷史揭示了一系列令人印象深刻的螺旋槳飛機,通過拴上幾個噴氣發(fā)動機而避開了廢品堆場。

          巨大的康維爾B-36和平締造者轟炸機就是因為在后期型號加入噴氣引擎而獲得更長壽命的飛機的最好例子。B-36最初構(gòu)思于1941年,當(dāng)時英格蘭的未來仍然存疑,而美國軍方規(guī)劃者們看到一架能橫跨大西洋抵達德國境內(nèi)目標(biāo)的轟炸機的需求。雖然第一架和平締造者1946年首飛時二戰(zhàn)已經(jīng)結(jié)束,美國陸軍航空隊仍然見到大型洲際轟炸機的需求。


          巨大的康維爾B-36的后期型號有6臺星形發(fā)動機和4臺噴氣引擎。(US Air Force image)

          有著230英尺翼展、重量超過250,000磅的B-36贏得了“鎂質(zhì)陰天”的昵稱。這架巨大的轟炸機由埋在機翼中的六臺3,000馬力星形發(fā)動機驅(qū)動。雖然它能達到令人印象深刻的350英里最高時速并爬升到46,000英尺以上,要幫助它在噴氣時代生存,還需要甚至更好的性能。

          從B-36D型號開始,每側(cè)機翼上增加了含有兩臺噴氣引擎的吊艙。有了“六螺四噴”,該轟炸機的最高時速飆升到440英里,而且可以在將近360,000磅重量上起飛。鑒于噴氣引擎增加的性能,該機一直服役到1959年,它的替代是波音B-52,至今仍然活躍。


          航空博物館中的這臺KC-97是眾多添加輔助噴氣引擎增強性能而獲得職業(yè)生涯延長的大型螺旋槳飛機之一。

          一大波其它大型螺旋槳驅(qū)動設(shè)計也得到了噴氣引擎補充。我最近參觀了喬治亞州華納羅賓斯空軍基地的航空博物館,當(dāng)我走在戶外展品間時,我對于多少飛機具有復(fù)合動力系統(tǒng)大吃一斤。有KC-97同溫層貨運機(NASA超級孔雀魚的萌芽),C-123供應(yīng)者運輸機,C-119飛行車廂運輸機,和RB-69海王星(海軍P-2的空軍版),所有這些飛機都是在二戰(zhàn)期間或不久后設(shè)計的。然而,其噴氣增強性能使得它們中大部分服役經(jīng)歷越戰(zhàn),一直進入七十年代,甚至直到八十年代。

          回到繪圖板

          到目前為止,我們已經(jīng)看了同時利用活塞和噴氣發(fā)動機的一些飛機,這些設(shè)計(和修改)選擇由于不同原因而做出,并見到不同程度的成功。當(dāng)時一些工程師認(rèn)為最好立刻采用純噴氣動力,其中有幾種通過改造已經(jīng)研發(fā)、甚至全面投產(chǎn)的螺旋槳推進設(shè)計來采取這條路線。

          俄羅斯雅科夫列夫設(shè)計局的雅克-15是工程師們把噴氣動力移植進成熟的活塞發(fā)動機飛機的典范。隨著俘虜?shù)降聡菘薐umo 004噴氣引擎樣機,俄羅斯工程師們研究并逆向工程其動力裝置創(chuàng)造出克里莫夫RD-10,當(dāng)RD-10被安裝到雅克-3(可以說是俄羅斯最好的二戰(zhàn)戰(zhàn)斗機)上代替V-12引擎,嘭~即刻噴氣戰(zhàn)斗機,雅克-15!


          雅克-15就是一架雅克-3戰(zhàn)斗機的V-12引擎換成噴氣發(fā)動機,這種最低限度努力并沒有利用到噴氣動力的真正潛力。

          對雅克-3做出的改變是結(jié)合新動力來源所需的最低限度,如此匆忙的努力意味著后來的修改和讓步是必要的。例如,很快就注意到,雅克-15腹部噴出的熾熱噴氣射流往往會破壞跑道和機身后部。這就是快速進步的代價。

          在北美FJ-1狂怒上可以看到重新設(shè)計的一個不那么明顯的例子。即使粗看一眼也會發(fā)現(xiàn)這第一代噴氣機與其著名的活塞發(fā)動機表親P-51野馬共享許多設(shè)計特征。狂怒在1948年進入美國海軍服役,但不久就被更先進的設(shè)計取代。

          在原型已經(jīng)完成后又見到發(fā)動機類型改變的還有其它設(shè)計。道格拉斯XB-42 Mixmaster是一個獨特的轟炸機方案,具有兩臺V-12引擎驅(qū)動尾部的對轉(zhuǎn)螺旋槳。兩架Mixmaster原型被建造并飛行,然后才決定用噴氣發(fā)動機驅(qū)動該機——創(chuàng)造出XB-43。


          道格拉斯XB-42原本用雙V-12引擎驅(qū)動尾部螺旋槳。這里展示的版本也有安裝在機翼下的噴氣引擎。該設(shè)計的下一迭代是一架全噴氣式轟炸機。(US Air Force image)

          在過渡到XB-43設(shè)計期間,第一架XB-42原型機在機翼掛架上安裝了小噴氣引擎——創(chuàng)造出又一個復(fù)合動力飛機。兩架XB-42原型機最終墜毀,XB-43在1946年出現(xiàn),成為美國第一架全噴氣式轟炸機。再次地,兩架原型機被建成,但該設(shè)計從未投入生產(chǎn)。

          諾思羅普XB-35是另一種獨特的轟炸機設(shè)計。這是一個巨型飛翼,有四具星形發(fā)動機驅(qū)動四組對轉(zhuǎn)螺旋槳。XB-35原型機上復(fù)雜的螺旋槳傳動帶來的復(fù)雜性導(dǎo)致了噴氣動力的轟炸機和偵察機版本的研發(fā),分別是YB-49和YRB-49。YB-49由8臺4,000磅推力的噴氣引擎驅(qū)動,而YRB有6臺5,000磅推力的噴氣引擎,盡管這些飛機有著令人印象深刻的表現(xiàn),它們從未進入生產(chǎn)。有趣的是,另一種諾思羅普飛翼轟炸機,目前的B-2幽靈轟炸機與其幾十年前的前輩共享相同的172英尺翼展(和眾多控制設(shè)備)。


          諾思羅普YB-49是XB-35轟炸機設(shè)計的全噴氣發(fā)展。這架飛機的許多元素可以在現(xiàn)代的B-2幽靈上見到。(US Air Force image)

          我已經(jīng)注意到,標(biāo)志性的B-52同溫層堡壘是復(fù)合動力的B-36的替換。B-52是一種設(shè)計在設(shè)計階段從螺旋槳推進改變?yōu)閲姎鈩恿Φ牧硪粋€例子。B-52的原始概念具有6臺渦輪螺旋槳發(fā)動機,而并非是活塞式發(fā)動機。根據(jù)傳說,在一次與空軍的設(shè)計評審期間,波音的工程師們被告知純噴氣動力可以被考慮。波音團隊在酒店房間里花了一個瘋狂的周末,吸取較小的B-47同溫層噴射機的經(jīng)驗教訓(xùn),拼湊出一個新設(shè)計,在接下來的星期一向空軍顯示的這個八引擎后掠翼方案將會成為美國轟炸機機隊的骨干,它預(yù)計將繼續(xù)這個職能直到2040年以后!

          終于吸取教訓(xùn)

          雖然噴氣引擎有希望提供超過活塞引擎飛機的性能,早期努力卻往往達不到標(biāo)準(zhǔn)。改進措施則隨著一系列混血品種和倉促工作蹣跚學(xué)步……有時候這足夠了。然而,B-52證明,噴氣動力的真正潛力直到結(jié)合其它進步(后掠機翼、吊艙安裝引擎、柔性機翼結(jié)構(gòu)等)才能實現(xiàn)。


          歷史悠久的B-52設(shè)想為一架六引擎渦輪螺旋槳飛機。當(dāng)后來考慮噴氣發(fā)動機時,工程師們也加入了許多其它新技術(shù),以確保該設(shè)計成功。(NASA image)

          我們也可以回顧FJ-1狂怒的進一步證據(jù)。雖然其原始形態(tài)有些不中用,狂怒變身成為后掠翼的F-86軍刀。軍刀是有唯一有能力和俄羅斯米格-15(另一種后掠翼戰(zhàn)斗機)平起平坐的美國戰(zhàn)斗機。也有證據(jù)支持一架F-86曾打敗Chuck Yeager和X-1火箭飛機達到mach-1的理論,不過我離題了。F-86將會在眾多的北約空軍中得到漫長的職業(yè)生涯。

          一旦工程師們認(rèn)可了利用噴氣動力的大局,進一步改進就很快。從四十年代末到整個五十年代是航空在廣泛領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展的時期,或許電力或某些其它新引擎類型將會推動飛機設(shè)計的另一次革命。







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