Merlin61型發(fā)動機在取得一系列成功的時候，在空戰(zhàn)中也逐步發(fā)現(xiàn)了一些弱點。其一是在加速俯沖時，燃油在化油器中會浮到化油器頂端，導致發(fā)動機缺油，失去動力。德國飛行員發(fā)現(xiàn)了英國戰(zhàn)機這個弱點，于是采用了應對戰(zhàn)術——俯沖逃離。為了解決這個問題，又再次請皇家空軍研究院開展研究，在化油器中增設了一個隔板，能夠阻止燃油上浮。
其二是由于功率太大，為了取得巡航長度的平衡，在用油上設計了一個操縱桿，一端是“富油”，相當于高轉(zhuǎn)速高功率，用于作戰(zhàn)或者爬升高度；一端是“貧油”，低轉(zhuǎn)速高增壓，用于普通巡航。很多飛行員在巡航過程中常常忘記把操縱桿打到“貧油”，因此大大縮短了Merlin發(fā)動機的巡航時間，為此空軍有很多抱怨。于是胡克就改變這種把問題丟給飛行員的做法，去掉操縱桿，改成完全由油門來控制的自動模式。1941年，胡克在政府特定的安排之下，與噴氣發(fā)動機的發(fā)明者弗蘭克·惠特爾見面。
惠特爾又是另一種牛人。他是一名戰(zhàn)機飛行員，1923年入伍。問題在于，這是一個不老實的飛行員，他對發(fā)動機非常感興趣，很早就認為，氣缸+活塞+4沖程的活塞式發(fā)動機，遲早有一天要被淘汰的。就像胡克所說，活塞式發(fā)動機有4個沖程，其中只有1個沖程在做功，其它三個沖程分別是進氣、壓縮和排氣，基本都是在消耗發(fā)動機?；萏貭栭_始異想天開一種內(nèi)燃渦輪發(fā)動機——內(nèi)部燃燒，直噴，帶動渦輪，自行增壓。
惠特爾為了搞清楚問題，退伍去了劍橋?qū)W習機械工程，開始設計他的噴氣式發(fā)動機。噴氣式發(fā)動機的理想構型，就是先壓縮空氣，然后送入燃燒室燃燒，通過渦輪排出燃氣，反過來再驅(qū)動壓縮機工作，直接的噴射產(chǎn)生推動力。這樣，噴氣式發(fā)動機去掉了笨重的螺旋槳和帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)的齒輪系統(tǒng)，而且因為沒有螺旋槳的應力限制，它可以在任何速度下提供動力，速度還越快越好。
惠特爾的天分在于，一是他有著和胡克一樣精密的數(shù)學頭腦。在噴氣發(fā)動機還沒有做出來之前，他就通過數(shù)學、空氣動力學和熱力學的推導，非常精確地得出了噴氣發(fā)動機的效能公式。這個公式對發(fā)動機性能的預測，精確性堪比試驗結果，直到半個世紀之后還在使用！
二是他有比胡克更強的技術洞見力——這個洞見力，敝號之前的相關科技和科普解說中都提到過，就是類似喬布斯對個人電腦、手機操作那種直覺能力。對于噴氣發(fā)動機至關重要的壓氣機——也就是用于壓縮空氣，提升空氣密度和能量的機器，有軸流式和離心式兩種技術路線。所謂離心式就是普通傳統(tǒng)的，葉片轉(zhuǎn)動驅(qū)動空氣發(fā)散式流過進氣口，獲得高速和能量，之后通過擴壓器提升壓力，再送入燃燒室；所謂軸流式，則要復雜一些，空氣不是發(fā)散通過葉片，而是通過導流葉片，沿著葉片輪軸向?qū)ｉT的進氣腔道行進，最終送入燃燒室。
惠特爾的洞見在于，他從一開始就認為離心式壓氣機是噴氣發(fā)動機的首選，因為離心式構造簡單，增壓效率最高，工作穩(wěn)定。這一點后來為試驗所證實，至今，航空噴氣發(fā)動機都采用離心式壓氣機壓縮空氣。他還設計了噴氣發(fā)動機專用的離心式壓氣機，他設計的壓氣機，即便是胡克這樣的高手也無法再做出改進。
這就叫頭腦和鋼筆的威力。
但他太超前于時代了，一直不為皇家空軍研究院和政府所理解，遲遲無法獲得研發(fā)用的資金。不過民間有溫情——一家叫托馬斯·休斯頓的公司贊助了他第一臺噴氣式發(fā)動機。此時，英國軍方開始注意到這款發(fā)動機的潛在效益，在惠特爾的要求之下，讓胡克去為他提供所需的支持。
胡克的支持主要體現(xiàn)在提供關于離心式壓氣機的試驗數(shù)據(jù)上，這些數(shù)據(jù)輸入到惠特爾那精密的頭腦中，就變成了設計圖樣。到1941年，惠特爾的第二臺噴氣式發(fā)動機，已經(jīng)能產(chǎn)生800磅的推力，并且穩(wěn)定工作了。而勞斯萊斯公司最好的Merlin61型發(fā)動機，在全力推動螺旋槳工作時，也只能產(chǎn)生840磅的推力。
于是胡克拉著老總海夫斯去觀看了惠特爾的發(fā)動機——這一次觀看，促使勞斯萊斯公司很快轉(zhuǎn)向噴氣式發(fā)動機研制，并且在全球航空燃氣渦輪發(fā)動機領域處于絕對領先地位。
海夫斯只是聽惠特爾說了一陣，就決定讓勞斯萊斯公司按照他的想法進行研發(fā)生產(chǎn)W1噴氣發(fā)動機。加入研發(fā)團隊的還有著名的羅孚公司，也是汽車生產(chǎn)商，他們也有強悍的發(fā)動機研發(fā)經(jīng)驗。記住，這些研發(fā)工作都不是“國家重大計劃項目”，而是純商業(yè)行為，三家公司合作開展研發(fā)。
1941年5月15日，世界上第一架噴氣式飛機E28試飛成功。它缺乏螺旋槳的外觀以及擁有奇怪的嘯叫聲，讓人們感到驚奇。為了解說到底噴氣式飛機是哪來的動力，胡克使用了氣球——吹足了氣，然后松開氣口，讓氣球亂竄。
在試飛之后，又發(fā)現(xiàn)W1發(fā)動機發(fā)生了喘振——就像活塞式發(fā)動機有爆燃一樣，噴氣式發(fā)動機有喘振現(xiàn)象，即壓氣機把空氣壓縮之后，壓縮空氣沒有向后推進，而是倒灌回來。為了確認噴氣發(fā)動機的喘振邊界，需要建立專門的試驗臺。
胡克讓勞斯萊斯的工程師解決了這個試驗臺問題——用最強功率2000馬力的Vulture發(fā)動機作為動力來源，然后用增速齒輪放大6倍，轉(zhuǎn)速從3000轉(zhuǎn)提升到18000轉(zhuǎn)來滿足噴氣發(fā)動機的壓氣機轉(zhuǎn)速。增速齒輪居然也是用現(xiàn)成的——發(fā)動機螺旋槳上的減速齒輪，反過來轉(zhuǎn)，就變成了增速齒輪，串聯(lián)幾個起來就達到了增速倍數(shù)要求。
這樣，惠特爾得以測試來解決喘振問題，并且成功地試驗測試出了W1壓氣機的效率為79%——此前他自己的公式計算結果是80%。胡克承認，看到這個結果，他挺嫉妒的。
到了要正式生產(chǎn)階段，勞斯萊斯公司采用的就是項目組方式，把各部門精英抽調(diào)，開始協(xié)同惠特爾解決噴氣式發(fā)動機的燃燒室、軸承這些核心部件的問題?；萏貭栕鳛橐幻夹g狗，在管理和人際關系處理上當然會弱一些，這些工作就由胡克承擔了。
此時又出現(xiàn)了涉及設計上的爭論——另一家與勞斯萊斯有競爭關系的航空發(fā)動機公司，在惠特爾的設計思路上，獨立開發(fā)了直流渦輪發(fā)動機，也就是讓壓氣機的空氣直接進入燃燒室，從燃燒室噴射到渦輪排出，簡單且直接。不過因為壓氣機和渦輪之間要有進氣道和燃燒室，所以壓氣機和渦輪的軸會很長，這樣也會造成一些隱患——過長的軸很容易在高速狀態(tài)下被扭曲或發(fā)生震顫，所以這種發(fā)動機的軸就必須做得很粗，又增加了重量和損耗。
惠特爾在解決這個問題時，采用的是回流式渦輪發(fā)動機思路，即為了保證壓氣機和渦輪之間足夠短程，確保軸很短和足夠的強度，就必須把進氣道進行改裝，進氣道由此變成了繞到渦輪后方，再回到燃燒室前端的回流式，就是通過增加彎道來把進氣道折疊起來。
大家對這兩種發(fā)動機設計思路發(fā)生了爭論，這將影響到軍方對發(fā)動機的最終選定。胡克把這個情況向老總海夫斯做了匯報。海夫斯的決策也夠簡單，他直接帶著胡克去找了競爭對手，提出把對手的航空發(fā)動機收購過來，作為交換，把勞斯萊斯的坦克發(fā)動機生產(chǎn)線賣給對方。
就這么簡單地把直流式渦輪發(fā)動機給滅了，只讓惠特爾的回流式發(fā)動機存在。同時，通過這一收購，讓勞斯萊斯壟斷了噴氣式發(fā)動機的研制工作。
同時，海夫斯還做了兩件事——趁此機會跟惠特爾談判，把噴氣式發(fā)動機的研制工作和控制權全部收歸勞斯萊斯公司所有，惠特爾僅從事設計和技術支持工作。然后把羅孚公司有關航空發(fā)動機的研發(fā)團隊也并過來，這就叫商業(yè)行為的狠厲——一箭三雕。
不得不說這種市場體制的厲害之處——它并不遵從政府意愿或某個領導人的意見來開展這樣一項龐大的研發(fā)工作，而是聽憑市場競爭，讓公司之間自由競爭，通過公司領導人的市場決策行為，實現(xiàn)研發(fā)力量的集中，這樣做最大的好處，是既能夠集中資源，又能保證科研和技術人員足夠的創(chuàng)造自由度以及思想活躍度。還是那句話——現(xiàn)代世界幾乎所有重大的發(fā)明創(chuàng)造，不論民用還是軍工，都不是舉國體制搞出來的，都是我們經(jīng)常認為的效率不夠還經(jīng)常失靈的市場機制搞出來的。
接著還得把材料標準化——燃燒室、葉片的材料都需要加以改進，這方面還得是冶金和材料要供應得上——為什么說先進制造業(yè)是一種整體工業(yè)實力的體現(xiàn)。
1943年1月12日，B3噴氣式發(fā)動機研制成功，推力達到了1600磅，很快就裝配上了皇家空軍的Meteor戰(zhàn)機。這批戰(zhàn)機憑借強悍的發(fā)動機，成為世界上第一批能夠?qū)︼w彈——德國的V1火箭進行攔截的戰(zhàn)機。
相應地，除去勞斯萊斯當時收購掉的兩家致力于噴氣發(fā)動機研制的公司以外，其它大型飛機制造商或發(fā)動機制造商都對噴氣式發(fā)動機沒有興趣和把握。著名的布里斯托爾公司就一直致力于活塞式發(fā)動機的優(yōu)化，到五十年代終于發(fā)現(xiàn)活塞式發(fā)動機有極限，轉(zhuǎn)向噴氣式發(fā)動機時，勞斯萊斯公司已在噴氣式發(fā)動機領域領先了十年。
想想當年，勞斯萊斯公司從活塞式發(fā)動機轉(zhuǎn)向噴氣式發(fā)動機，僅用了2年時間。就因為海夫斯、胡克本人以及惠特爾的洞見。
英國人出想法，美國人把它做大。這一點在噴氣式發(fā)動機領域也一樣。早在1941年，惠特爾的原型機就已經(jīng)被政府介紹給了美國。美國承接噴氣式發(fā)動機研制項目的是通用電氣公司。到1944年，通用電氣已經(jīng)研發(fā)出了推力達4000磅的軸流式渦輪發(fā)動機，這讓前去參觀的胡克大吃一驚。胡克居然是坐在美國飛機上才第一次體驗到了噴氣式飛機的飛行。由此他下定決心要研發(fā)出5000磅推力的噴氣式發(fā)動機。——這個時候，并沒有任何政府、航空公司、飛機制造商提出要更大動力的飛機。
胡克回到英國后立刻向航空部門取得支持，讓政府頒發(fā)了4200磅以上推力發(fā)動機研制的許可，并明確主要規(guī)格——政府能做的，僅此而已。1944年5月1日，胡克召集手下啟動了對5000磅推力渦輪發(fā)動機的研究——就是后來的Nene發(fā)動機。當時，二戰(zhàn)正進入白熱化階段，胡克設計的B3發(fā)動機讓英國的戰(zhàn)機正成批地攔截掉了德國發(fā)來的V1導彈。僅僅5個月后，Nene發(fā)動機就已經(jīng)可以進入試驗階段了。
第一次試驗中，居然是點火裝置的位置問題，導致點火失敗。胡克毫不猶豫地把點火器取出，換成火炬式氧乙炔點火，就順利點火了。第一次試驗，Nene的推力就順利超過4000磅。這讓勞斯萊斯公司欣喜若狂。胡克非常冷靜，他在檢查了第一次試驗的數(shù)據(jù)后，承認自己在設計上有個缺陷——之前惠特爾建議在進氣口要裝上渦輪葉片用于給壓氣機降溫，胡克沒有采納，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)還是需要裝上葉片降溫。
第二次試驗是裝上了進氣口渦輪葉片后的試驗，推力達到了5000磅，效果很好，溫度與4000磅推力時是一樣的——發(fā)動機溫度控制得非常好。就這么一個小小的改進，推力可以提升，溫度還能保持，燃油還能節(jié)省——全都是惠特爾從他的噴氣式發(fā)動機公式中得出的結果，這就是所謂鋼筆強過扳手。
研發(fā)走在了應用之前，回過頭來，勞斯萊斯公司發(fā)現(xiàn)沒有可以裝配Nene發(fā)動機的飛機！由于推力提升了兩倍，使得飛機的機身和發(fā)動機艙都需要重新設計，戰(zhàn)時的英國資源很緊張，還不能馬上實現(xiàn)對戰(zhàn)機的升級。不過美國的洛克希德公司推出的新戰(zhàn)機可以裝配。事實上，一直到二戰(zhàn)結束，這臺世界上最先進的噴氣式發(fā)動機也沒有正式被皇家空軍采用——當時仍然是活塞式發(fā)動機的天下，胡克改進的Merlin61型發(fā)動機仍然是活塞式發(fā)動機中最先進和最適用的。
要說完全市場導向的問題，可能就是缺乏國家層面的規(guī)劃和支持，使得先于需求的技術，可能遭遇逆向淘汰。要么是強大的企業(yè)能夠儲備這種技術，要么是國家戰(zhàn)略層面加以支持。胡克抱怨道，相比美國，英國政府顯得更加軟弱而松散——盎格魯撒克遜體制的特點，社會與市場永遠強過政府。美國軍方后來就對勞斯萊斯公司這臺Nene發(fā)動機發(fā)生濃厚興趣，直接從勞斯萊斯公司手中買走了這臺發(fā)動機的特許權，給了普惠公司、柯蒂斯·萊特公司、通用電氣，照著生產(chǎn)了J42發(fā)動機。美國的普惠和通用電氣公司后來在航空發(fā)動機領域的地位，都來源于勞斯萊斯公司的發(fā)動機——相比歐洲的飛機制造商和發(fā)動機制造商，他們包袱更小，在活塞式發(fā)動機上的沉沒成本低，所以更傾向于采用噴氣式發(fā)動機。
為了增促發(fā)動機的應用，胡克決定把Nene改成小一號的Derwent V型發(fā)動機，與Nene一樣，不過就是縮小以適應現(xiàn)有的Meteor戰(zhàn)機。這又只用了兩個月就改裝成功。
裝配了Derwent V噴氣式發(fā)動機的戰(zhàn)機，在第一次試飛的時候，時速就超過了500英里/小時，這讓勞斯萊斯公司起了雄心。當時的世界紀錄是德國的奔馳公司的活塞式發(fā)動機，讓德國的BF109戰(zhàn)機可以469英里/時速飛行。胡克在研制完Nene發(fā)動機后，認為這個紀錄是吹牛，螺旋槳發(fā)動機要達到這個速度，推力要超過4000磅，活塞式發(fā)動機怎么可能呢？經(jīng)過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)其實奔馳公司的這個紀錄并不是戰(zhàn)機創(chuàng)造的，是一種小型試驗型飛機創(chuàng)造的。
于是他鼓動皇家空軍對Metoer戰(zhàn)機進行了第二次高速飛行試驗，這一次時速超過了606英里/小時！
新發(fā)動機出來了，接著就需要引導飛機制造商開始研發(fā)適用這種新型發(fā)動機的飛機。承接這個研發(fā)工作的是英國的霍克公司。
不僅美國比英國政府行動快，最快的應該是蘇聯(lián)。蘇聯(lián)在荷蘭截獲了一架Meteor戰(zhàn)機，對其發(fā)動機性能產(chǎn)生極高興趣，很快就派出使團到英國來訪問，求購Derwent V發(fā)動機。當時，冷戰(zhàn)的鐵幕尚未升起，大家還屬于同盟，英國政府同意出售了Nene和Derwent V發(fā)動機給蘇聯(lián)。蘇聯(lián)很快就開始在國內(nèi)仿制，這兩個型號的發(fā)動機裝配到了后來的米格15、米格17戰(zhàn)機以及圖14運輸機上。
這臺發(fā)動機甚至很快流傳到了朝鮮和中國。1972年胡克第一次訪問中國，在北航參觀，北航有一臺用于展示的噴氣發(fā)動機，就是蘇聯(lián)仿制的Nene發(fā)動機。胡克對中國專家組說，蘇聯(lián)人的仿制非常成功，他們連我犯的錯誤都仿制了。1975年胡克應邀到西安的西飛公司指導，看到他的Nene發(fā)動機就是西飛的主生產(chǎn)線產(chǎn)品。
前面已經(jīng)提到過，目前為止最成功的噴氣式發(fā)動機是離心式壓氣機，還有一種之前的方案是軸流式壓氣機，其實也一直在其他公司研制。1947年，勞斯萊斯的一把手海夫斯決定讓胡克轉(zhuǎn)而研發(fā)軸流式壓氣機。在這一點上，胡克是堅決與惠特爾一致的，認為離心式壓氣機就是最好的選擇，因此，對于同樣堅持要開發(fā)軸流式壓氣機的海夫斯，胡克進行了強有力的抵制，最后雖然應承下來，但也因此與海夫斯之間發(fā)生了齟齬。
相比離心式壓氣機，軸流式壓氣機確實在理論上是好的，不過因為構造復雜得多——用一個最簡單的例子，如果要把水從低處弄到坡上去，有兩種基本的方法，一種就是用大掃把大力掃上去，這種方式最快最簡單——這就是離心式壓氣機的原理；另一種就是用很多把小掃把不停歇地輪著掃上去，這種方式更加穩(wěn)靠，而且，在坡度很大的時候，大掃把大力掃就基本沒用了——這就是軸流式壓氣機的原理，軸流式壓氣機就是通過多級葉片來實現(xiàn)對空氣的逐級壓縮的，不像離心式那樣一步到位。因此，壓縮的功效比離心式強，壓縮比在當時就可以達到12比1，但問題也隨之而來——那么多級的葉片組，軸組，增加了發(fā)動機構造的復雜，隨之而來很多諸如共振、降溫的問題較難解決。
事實也如此，開發(fā)新式的軸流壓氣機，用了整整七年時間，直到五十年代中期才有了可靠的版本，相比而言，當年開發(fā)離心式壓氣機，只用了短短的5個月。當然，解決了這些問題之后的軸流式壓氣機，顯然要比離心式的應用面更廣，而且也更能適應飛行高度越來越高，速度越來越快的狀況。
海夫斯基于管理和戰(zhàn)略上的遠見，比胡克基于技術上的實際，格局還是開闊得多。
兩人后來就因為此事發(fā)生了爭執(zhí)，海夫斯把胡克從技術崗位上撤下，換他去搞營銷，全世界到處跑去推銷發(fā)動機。胡克對此安排當然不滿，1948年即提出辭職，去了布里斯托爾飛機制造公司。
雖然對海夫斯不滿，但胡克對于海夫斯指出的技術路線卻逐漸認同起來——他隨后詳細分析研究了軸流式壓氣機的功效和質(zhì)量問題，逐步推導出了重量更輕，體積更小，壓縮比更大的軸流式壓氣機，壓縮比更大，動力更足，而且可以顯著降低油耗。
