鄭光華

我們知道，在現(xiàn)代高空高速的殲擊機(jī)及轟炸機(jī)上，為了使飛機(jī)飛得更快更高，大都是裝著渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，而活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)由于它的飛行速度及高度方面的性能不及渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)好，目前只是在民航上采用較多。那么，究竟為什么裝活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)不能飛得像噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)那么快那么高呢？

首先，因?yàn)榛钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)本身太笨重，不如渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)輕巧。通常我們衡量發(fā)動(dòng)機(jī)重量的標(biāo)準(zhǔn)是“比重”，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的比重約為0.4－0.6公斤/馬力，即發(fā)動(dòng)機(jī)在地面每發(fā)出一匹馬力時(shí)，它本身的重量約有0.4至0.6公斤。因此，一臺(tái)地面功率為1500匹馬力的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，重量約為600公斤至900公斤。渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的比重為0.2－0.3公斤/公斤推力，即發(fā)動(dòng)機(jī)在地面每發(fā)出一公斤推力時(shí)，它本身的重量約有0.2至0.3公斤。一臺(tái)地面推力為3500公斤的渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，重量約為700公斤至1000公斤。

隨著飛行高度的增加，由于外界大氣密度降低，使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量減少，因此，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的功率及渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的推力均隨著高度上升而減少。但是，渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)有另一特點(diǎn)，是當(dāng)它飛行速度增大以后，在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口處，由于空氣速度沖壓的效果而使進(jìn)氣量增加，因而增大了發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，所以，渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)在高空以高速度飛行時(shí)，雖然因?yàn)楦叨鹊囊蛩厥顾耐屏p少，但是，速度的因素使推力增加，因此，渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)在高空飛行時(shí)仍可發(fā)出較大的推力。而活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)則沒有此特點(diǎn)，故在高空飛行時(shí)，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的功率顯著降低。

再舉下面的例子就可以說明得很清楚，例如，某臺(tái)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)帶有增壓器，地面功率為1500馬力，重量為900公斤重，當(dāng)它在8000公尺高度以800公里/小時(shí)的速度飛行時(shí)，功率只剩下900馬力左右；而某臺(tái)地面推力為3500公斤的渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，重量亦是900公斤，在同樣高度同樣速度飛行時(shí)，它的推力仍有1700公斤左右。為了使以上二種發(fā)動(dòng)機(jī)比較更方便起見，現(xiàn)在將噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的推力換算為功率后可知，此時(shí)渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的功率大約為5000馬力左右。因此可以看出，同樣重量的二種發(fā)動(dòng)機(jī)，它們?cè)陲w行時(shí)所發(fā)出的功率竟相差這么大。反過來，如果當(dāng)兩種發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出功率相同時(shí)，渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)重量要比活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)輕得多。

但是，隨著飛行高度及速度的進(jìn)一步增大，渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)在重量及功率上的優(yōu)勢(shì)將更加顯著。高空高速飛行的飛機(jī)，要求發(fā)動(dòng)機(jī)的功率必須很大。如果裝活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的話，一架飛機(jī)上一定要裝很多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)才能滿足這么大功率的要求，而活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)本身是如此笨重，甚致于飛機(jī)帶了這么重的發(fā)動(dòng)機(jī)后不可能飛行，因此，高速高空的殲擊機(jī)，轟炸機(jī)上不能采用活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，只能采用噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。

其次，裝有活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)是利用螺旋槳作為推進(jìn)裝置。螺旋槳工作時(shí)以每分鐘一千轉(zhuǎn)左右的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，槳葉尖端的切線速度相當(dāng)大，加上飛機(jī)的飛行速度，將使氣流對(duì)于槳葉尖端的相對(duì)速度達(dá)到音速或超音速。這時(shí)，在槳葉尖端將產(chǎn)生激波損失而使螺旋槳的效率顯著降低。因此，裝有活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)飛行速度也受螺旋槳尖端氣流相對(duì)速度不能太大的限制?？墒菧u輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)不用螺旋槳，所以不存在此問題。

目前，裝有活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)最高飛行高度約在6000公尺至8000公尺之間，最大飛行速度不超過每小時(shí)800公里，而裝有渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)，目前飛行最大高度一般約在20000公尺左右，最大速度約為音速的2－2.5倍，但是，能夠使飛機(jī)飛得更高更快的渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，世界各國(guó)正在研究之中，估計(jì)不久后將要出現(xiàn)。