曾達生

對于現(xiàn)代飛機來說，要求不斷的增加飛行速度、高度和距離。但是直到目前，還沒有造出同時具有這些性能的飛機。如果要求飛機以高速飛行，就需要有強大功率的發(fā)動機，這種發(fā)動機在工作時，消耗大量的燃料，很快地就把飛機上所帶的燃料用完。在這種情況下，盡管飛行速度很大，飛行的距離還是不會很遠。

怎樣來解決飛機既飛得快而又飛得遠的問題呢？

目前有一種空中加油方法。一架裝滿燃料的飛機起飛去與運行中的飛機會合，并用特殊裝置將燃料輸給它。用這種方法在一定程度上可以增加飛行距離。很顯然，這方法不是每時每刻都辦得到的，它還不能最終解決飛得遠的問題。

要知道，飛行速度愈高，要求發(fā)動機的功率也就愈大。因此對于超音速飛行，燃料的消耗量就更多。

要想解決超音速飛機作遠距離飛行的問題，只有采用核燃料作動力。因為這種燃料含有巨大的能量。例如，1克鈾－235含有的能將近2噸煤油的能量。也就是說，核燃料的消耗比煤油消耗低200萬倍。相形之下，在任何機械中應(yīng)用這類燃料，其消耗量是微不足道的。由此看來，若在飛機上用這種燃料作動力，就可作長期遠距離的飛行。

在蘇聯(lián)早就把原子能用作動力了，還在1954年6月27日就建成了世界上第一個原子能發(fā)電站。已于9月12日離開船廠的“列寧”號原子破冰船，它無需補充燃料就可航行一年以上。而它每天消耗的核子“燃料”僅四十五克(約一兩半)。至于原子能用于航空上，蘇聯(lián)科學(xué)家也早就在從事這一偉大的工作。蘇聯(lián)科學(xué)家早就說過，蘇聯(lián)的原子飛機第一次正式飛行預(yù)料將在1959－1960年實現(xiàn)。那么，現(xiàn)在看來，原子飛機的正式飛行時刻，就快來臨了。

下面介紹幾種原子發(fā)動機的設(shè)計方案，這些方案都是利用原子能加熱工質(zhì)來產(chǎn)生推力的。

1.原子渦輪噴氣發(fā)動機

一般渦輪噴氣發(fā)動機的原理是：空氣經(jīng)壓氣機壓縮后進入燃燒室，向燃燒室內(nèi)注入燃料并燃燒，燃燒后的產(chǎn)物沖向渦輪而帶動壓氣機，之后，燃氣經(jīng)尾噴口流到大氣中。借助空氣進入的速度和燃氣噴出的速度差而產(chǎn)生推力。

這一原理也可用于原子渦輪噴氣發(fā)動機。在圖1中，空氣進入發(fā)動機后，經(jīng)壓器機2，被壓縮的氣體沿著導(dǎo)管進入反應(yīng)堆3，空氣加熱后又沿另外的導(dǎo)管流到渦輪5，通過渦輪時作功而帶動壓氣機轉(zhuǎn)動，用過的氣體以很大的速度從噴口流出而產(chǎn)生推力。很明顯，這里的“工質(zhì)”就是空氣，空氣的加熱是由反應(yīng)堆直接進行。

圖1裝有兩臺原子渦輪噴氣發(fā)動機的飛機的總視圖及方案圖

1.進口錐2.壓氣機3.反應(yīng)堆4.控制棒護套5.渦輪6.尾噴口

圖2裝有液體金屬傳熱體的原子渦輪噴氣發(fā)動機

1.反應(yīng)堆2.控制棒3.液體金屬供給泵4.換熱器5.進口錐6.壓氣機7.渦輪8.尾噴口

空氣的加熱也可以通過換熱器，圖2就是這種裝置。在圖2中，空氣經(jīng)壓氣機6壓縮后，進入換熱器4，在換熱器中空氣獲得熱量。這熱量是高溫液體金屬載熱體(由反應(yīng)堆加熱的)流過換熱器時傳給的。被加熱的空氣經(jīng)渦輪7從噴口8噴出。

載熱體除液體金屬(如水銀等)外，還可使用惰性氣體(如氦氣)。如圖3中，炙熱的氦氣從反應(yīng)堆7內(nèi)流出，經(jīng)過氦氣渦輪3作功而帶動壓氣機，然后，氦氣進入換熱器5中并將熱量傳給空氣。熱空氣由噴口噴出而產(chǎn)生推力。圖中箭頭方向為空氣流向。

圖3裝有兩臺氦氣渦輪傳動空氣壓氣機的原子發(fā)動機

1.進口錐2.空氣壓氣機3.燃氣渦輪4.燃氣壓氣機5.換熱器6.尾噴口7.原子反應(yīng)堆8.控制棒護套

2.原子渦輪螺槳發(fā)動機

圖4為原子渦輪螺槳發(fā)動機的設(shè)計方案。在發(fā)動機中，用從反應(yīng)堆5內(nèi)流出的水銀通過渦輪4來作功，帶動壓氣機3和螺旋槳1，螺旋槳的旋轉(zhuǎn)就產(chǎn)生了主要使飛機運動的拉力。用過的水銀跑到冷凝器8中，冷凝后由泵7又送回到反應(yīng)堆。

圖4裝有水銀渦輪的原子渦輪螺旋槳發(fā)動機

1.空氣螺旋槳2.減速器3.空氣壓氣機4.水銀渦輪5.反應(yīng)堆6.控制棒7.水銀泵8.冷凝器9.尾噴口

圖5為裝有4臺渦輪螺旋槳發(fā)動機的原子飛機。在飛機中裝有一個反應(yīng)堆，內(nèi)裝有水，可利用反應(yīng)堆發(fā)出的熱量直接加熱水。水汽化后流向渦輪，其工作完全與圖4所示的一樣。所不同的是，這里是用水蒸汽帶動渦輪。

圖5裝有水反應(yīng)堆及四個渦輪螺旋槳蒸汽發(fā)動機的飛機方案

1.蒸汽鍋型的水反應(yīng)堆2.裝有傳動裝置的控制棒3.蒸汽渦輪4.冷凝器5.水泵6.螺旋槳7.減速器8.空氣壓氣機9.尾噴口

3.原子沖壓發(fā)動機

圖6所示就是原子沖壓發(fā)動機。在圖6中除裝有原子沖壓發(fā)動機外，還裝有原子火箭發(fā)動機。所以在這種飛機中裝有兩個反應(yīng)堆。為什么這里還要裝原子火箭發(fā)動機呢？原因就在于，沖壓發(fā)動機只有在運動時才能產(chǎn)生推力。要達到高速，首先是飛機要升到空中，再逐漸加速達到所需要的速度。這里的原子火箭發(fā)動機就是為了起飛和加速用的。

圖6裝有兩臺原子沖壓發(fā)動機及一臺原子火箭發(fā)動機的視圖及方案圖

1.進口錐體2.沖壓發(fā)動機的反應(yīng)錐3.控制棒4.尾噴口5.火箭發(fā)動機的反應(yīng)堆6.泵7.液態(tài)氫儲箱8.氣態(tài)核燃料的供給9.反應(yīng)堆中子源10.反應(yīng)堆的冷卻

火箭發(fā)動機的工作是，液態(tài)氫(工質(zhì))從儲箱7中出來，通過泵6而進入火箭發(fā)動機的反應(yīng)堆5，液態(tài)氫被加熱汽化后從噴口4噴出而產(chǎn)生推力。由于液態(tài)氫沸點很低(－259°)，因此通過反應(yīng)堆時，除本身獲得熱外，對反應(yīng)堆講，是一種很好的冷卻劑。

原子沖壓噴氣發(fā)動機的工作最簡單。將前面進來的氣體經(jīng)過擴壓后引到反應(yīng)堆2，然后，炙熱的氣就以很高的速度(超過飛行速度)從尾噴口噴出而產(chǎn)生推力。

這里介紹的只是很少的幾種原子發(fā)動機，沒有包括所有原子發(fā)動機的方案。盡管這是簡單的介紹，但是還可初步看出制造航空原子發(fā)動機的可能道路。

裝有這類發(fā)動機的飛機，由于要有很厚的防護層來保護人員的安全，因此都是很重很大的飛機，圖7中所示就是一例。

圖7