喷气式飞机

喷气式飞机又叫喷射式飞机，它是靠着从尾部喷射气体的力量来推动前进的。

世界上最早提出喷气推进理论的是法国的马克尼上尉和罗马尼亚的亨利·康达。康达还在1910年前后试制过最早的喷气式飞机，但未能成功。20世纪20年代末，时任英国空军教官的弗兰克·惠特尔(FrankWhittle)提出了喷气发动机的设想，并于1930年申请了专利。直到1935年，惠特尔得到一些空军人士的支持和银行家的资助，得以成立“动力喷气有限公司”。6月，惠特尔开始设计制造真正的喷气发动机。他和同事们一起从零开始，一个部件一个部件地研制，终于制造出第一台“U”型喷气发动机，并于1937年4月12日使世界上第一台涡轮喷气发动机运转起来。几乎同时，德国的奥海恩(HansvonOhain)也在研制涡轮喷气发动机，并在1937年9月试验成功。

1939年8月27日，由德国著名的飞机设计师恩斯特·亨克尔(EHeinkel)设计的装有奥海恩新研制的推力为380公斤的喷气发动机的单翼机He178首次升空，成为世界上第一架喷气式飞机，标志着喷气式飞机时代的开始。而英国空军在惠特尔的“U”型喷气发动机运转成功后，空军部没有很重视，直到1938年3月，空军部才签订了一份合同，订购一台改进型喷气发动机，准备作为一架飞机的动力装置。1941年5月15日黄昏，英国空军中尉塞耶驾驶着英国的第一架喷气式飞机冲上了天空。德国率先制成了世界上第一架喷气式战斗机He280，但由于德国空军和政府的犹豫不决并未投人生产。最先于1943年底投批量生产的喷气式飞机是德国梅塞施米特设计的Me262飞机；它使用了两台最大推力达900公斤的“约莫”004发动机。这种飞机采用了后掠式单翼，最大时速比同盟国战斗机约高160公里。到战争结束时，总共生产了1400架让盟国感到幸运的是，希特勒下令将其改成战斗轰炸机，使其未能充分发挥空战的优异性能。在战争结束前，德国人还生产了令同盟国深感棘手的Ar234上单翼轰炸和高空侦察机以及He162小型单座战斗机。德国在1945年甚至研制了三角翼式加力式后掠翼式变后掠翼式冲压喷气发动机式等各种原型机。相比之下，战争结束时，英国和美国仅研制了平直机翼的飞机。

战后，人们开始利用喷气技术向飞行的极限-音障冲击1946年9月6日英国试飞员哈维兰驾驶DH-108无尾单翼喷气式飞机从12000米高空向9000米俯冲，就在突破音障的一刹那轰的一声巨响，飞机连同飞行员一起成为碎片。为了突破音障，美国一连损失了18名试飞员。直到1947年10月14日，美仅24岁的试飞员格尔驾驶动力的X-1研究机在12800米的高空突破了音障。后来，他的飞行速度曾达到音速的1.6倍。在20世纪50年代像美国的F-00和前苏联的格-19歼击机的最高飞行速度都为音速的1倍多。在20世纪60年代，几个国家都拥有了速度为音速2倍多的战斗机如米格-21苏-11F-4B等。后来，超过音速3倍的飞机如米格-25和SR-71等飞机也出现了。

喷气技术在大型飞机上也获得广泛应用。1952年投人使用的英国子爵式客机，由于采用了合适的燃气涡轮发动机，不仅速度大大提高，而且每吨公里的运费比先前的DC-3飞机下降了5%惊动了整个航空界。不久，世界上第一架喷气式客机投人使用这种载客120人的飞机，时速可达800公里。但不，在1954年1月10日，因材料疲劳断裂，落到海中。前苏联的图-104亚音速客机于1956年投入使用但也多次发生事故。不久被使用涡轮螺的图-114等飞机取代。美国对喷气客机比较慎重，1959年才用波音-707展开洲际客运业务。在20世60年代，美国发展了效率更高的轮风发动机技术，取得了领先地位。在20世纪六七十年代，英法两国合作研制超音速2倍的大型“协和”式客机，但由于噪音巨大等原因并未在世界上广泛应用。

喷气式飞机的发动机有好多种目前探用的多半是涡轮喷气发动机。它是一个前后都开口的大圆筒，是用一种特制的合金钢造成的。裹面有三个主要的部分:空气压缩机，燃烧室和一架小型的涡轮(又叫透平，又叫气轮机)。当开动发动机的时候空气从发动机头部流进来，经过空气压缩被压缩，通到后边的燃烧室里去。在燃烧室里空气和燃料混合燃烧起来，体积和压力大大地增加，于是冲过涡轮，使涡轮转动，以后就从尾部以高速度喷射出去涡输跟空气压缩机安装在一涡输喷气发动机构造圆根轴上。它的主要作用是带着空气压缩机转动。它也供给输送燃料和操纵其他附设机械的动力。涡轮转动得很快，每分钟一万多转。在空气压缩机上还连着一架小型电动机，在起飞前先要用小型电动机开动空气压缩机鼓进空气，在燃烧室里燃烧以后，涡轮转动起来，小型电动机这就可以停止使用了。

除发动机之外喷气式飞机在构造上还有些地方和普通飞机不同。普通飞机用螺旋浆击动空气向后流动飞机本身则利用空气的反作用力向前推进。喷气式飞机用了像涡轮喷气发动机之类的发动机就用螺旋桨了。在普通单发动机飞机上发动机和螺旋桨多半靠在一起，安装在机身的头部，驶室在机身中部。在喷气式飞机上螺旋浆取消了发动机就可以移到后面去驾驶室就可以股到前面来。发动机往后安装，又可以使机头的外形改尖，因而减少了在高速飞行时飞机头部听受的阻力。此外，喷气式飞机的机翼短而宽；尾舵较大；这些也是喷气式飞机在构造上的特点。

牛顿第三定律指出，两个物体之间的作用力和反作用力，总是同时在同一条直线上，大小相等，方向相反。喷气式飞机发动机的前面装有空气压缩机，现代压缩机分为7~9级，压缩机转子周围装满叶片。发动机启动后，压缩机旋转吸入外界的空气。外界的空气进入导向器以后，压缩机把气体一级一级向后压，气体的密度越来越大，压力也就越来越大。当气体通过最后一级后，气体压力增大很多倍。然后进入燃烧室，在燃烧室里，喷电打火，喷油燃烧。因气体中含有氧气，气体燃烧膨胀，向后喷出，燃烧室的后面是涡轮，涡轮轴上装涡轮盘，涡轮盘周圈装满叶片，涡轮分7~13级，通过涡轮旋转再一级一级向后压，气体通过发动机后部的涡轮一级一级压缩，压力再提高几百倍，最后，通过尾部喷口喷出，产生反作用力，使飞机向前飞。

现代喷气式飞机就是选择煤油作燃料的。喷气式飞机发动机的工作原理和活塞式发动机有所不同，它的燃烧过程并不是间断进行的。燃料点燃以后就可以燃烧到发动机断油。所以，不要求燃料有相当好的蒸发性，烧汽油就显得大材小用了。现代喷气式飞机飞得高，而且速度快，处在高空飞行的飞机，因为空气相当稀薄，大气压力也小，而且燃料处于低压状态，通常在这种环境下，假如以汽油为燃料，油箱以及油路中的汽油就会马上沸腾，从而产生许多油蒸汽，阻塞油路，造成“气塞”。发动机也会由于得不到燃料而在空中停止运行，从而造成机毁人亡的严重飞行事故。为了防止“气塞”出现，喷气式飞机也只能采用沸腾温度十分高且不易蒸发的煤油作燃料了。此外，煤油的润滑性要比汽油好得多，而汽油会使发动机各个机件的润滑性能变差，极大缩短发动机的使用寿命。

喷气式飞机的发动机可分为涡轮喷气发动机、涡轮扇发动机、涡轮螺旋奖发动机等类型。最新式的冲压式喷气发动机尚在发展阶段，已经进行了试验飞行，但还没有实际应用。喷气式飞机按类型可分为以下几种：

轰炸机的发展由活塞式过渡到喷气式，其结构、气动布局、飞行性能等方面都有很大提升，到20世纪60年代，喷气式轰炸机日趋完善，不但可以超音速飞行，而且飞行高度更高，航程更远，机载设备更完善。在气动布局方面，这一时期的喷气式轰炸机开始采用后掠翼和变后掠翼技术，解决了在较大速度范围和高度范围内的飞行问题。

1940年，德国阿拉多公司就研制出世界上第一架喷气式轰炸机——Ar234，并于1945年装备部队。这种飞机是单座上单翼机，在两侧内翼下各吊装一台涡轮喷气发动机，整个飞机气动外形呈流线型。驾驶舱在机头，采用透明增压式结构。虽然它在战争中没有发挥很大的作用，但不能因此而忽视它在喷气式轰炸机发展史上的地位。第二次世界大战结束后，航空工业比较发达的几个国家先后制造出喷气式轰炸机。美国最早生产的喷气式轰炸机是B-45C和RB-45C，前者生产了10架，后者生产了33架。苏联最早生产的喷气式轰炸机是伊尔-28。1947年12月17日，美国第一架后掠翼喷气式轰炸机XB-47完成首次飞行。1964年1月，美国空军提出发展一种新型远程战略轰炸机，要求其作战高度在12000米以上，具有洲际飞行航程，能携带核弹。美国波音公司根据要求研制出B-52轰炸机。这种飞机生产最多的两种型号是B-52G和B-52H，这两种机型改装了涡轮风扇发动机，航程增加了10%～15%，可携带两枚空对地导弹。苏联生产的第一种超音速轰炸机是图-22，它的最大速度为1800千米/时；法国“幻影”IV也是超音速轰炸机，飞行高度为12000米，最大速度为2695千米/时。真正的喷气机对喷气机的空战发生在朝鲜战场。1950年11月8日，中国人民志愿军的4架米格飞机与美国的4架F80“流星”式战斗机相遇。

1956年7月19日，中国生产的第一型喷气式歼击机(又称战斗机)歼5在沈阳首飞成功，各项战技术指标完全达到设计要求。同年6月2日，为其配套的中国第一台涡轮喷气式发动机一一涡喷5通过国家鉴定验收转入批量生产。歼5飞机是中国引进苏联米格-17中飞机试制的一种高亚声速歼击机，初期代号“56”式歼击机(“东风”101)，主要用于争夺战场制空权，也可用于近距对地攻击。该机性能先进，技术难度大，配套关系复杂，全机25万多个零组件，使用2000多种原材料。试制中，沈阳松陵机械厂(现为沈飞公司)和黎明机械厂(现为黎明公司)采取“四个阶段平行作业”强化治金技术力量，并着手建立各项规章制度，还创造了“先锋批””做法的经验等。1956年9月8日，歼5飞机通过国家鉴定验收，转入批量生产。由于试制质量良好歼5飞机参加了1956年国庆阅兵。歼5飞机及其配套发动机的试制成功，标志着新中国航空工业跨入了喷气时代，也标志着中国空海军航空装备开始立足于国内生产。歼5飞机列装后，成为20世纪五六十年代中国空海军航空兵的主力装备，在福建前线和广西击落击伤多架入侵敌机，屡立战功。

1946年英国德·哈维兰公司研制出“彗星I”喷气式运输机，这是世界上第一架喷气式运输机。不过，该机在运行的两年内，相继发生四起严重飞行事故，经过详细调查和研究，调查人员确认造成事故的主要原因是飞机结构疲劳强度不够，因而在1954年该款运输机全部停飞。后来，德·哈维兰公司又进行了一系列试验。1958年4月，第一架“彗星VI”喷气式运输机首次试飞，10月正式投入使用，直到1965年才退出主要航线。

20世纪60年代以来，大型运输机和超音速飞机开始登上历史舞台。比较出名的大型运输机有苏联的安-22、伊尔-76、伊尔-86；美国的C-141、C-5A、波音747、波音787；法国的空客系列等。超音速运输机最出名的当数英、法联合研制的协和式运输机和苏联生产的图-144运输机。在各国民用航空中，普遍运行的机型大多是欧洲的空客系列和美国的波音系列。如A-380是欧洲空中客车公司于1996年4月研制生产的四引擎、555座级超大型远程宽体客机，航程为15200千米，有空中巨无霸之称。不只机体大、航程远，A-380还采用了新一代发动机和先进的机翼，起落架也采用了新的技术，飞行起来十分安静。与欧洲空客势均力敌的是美国波音公司，波音公司拥有非常成功的民用运输机产品系列，包含波音737、波音747、波音757、波音767、波音777、波音787等众多耳熟能详的型号。其中，波音737自1964年推出以来颇受赞誉，衍生出737MAX7、737MAX8等14个型号。不过，对于波音公司来说可谓多事之秋，波音737系列中的737MAX8先后发生多起坠机事件，造成重大伤亡。2019年3月13日，波音公司宣告737MAX8全部停飞。接连发生的事故以及此次叫停，也使人们重新反思飞机的发展与安全问题。

近年来，中国在研制大型喷气式运输机方面也有重大突破，如2008年开始研制、2017年成功首飞的C919大型客机就是中国首款按照最新国际适航标准，具有自主知识产权的大型喷气式干线民用飞机。C是China的首字母，也是中国商飞英文缩写COMAC的首字母，第一个“9”寓意“天长地久”，“19”代表的是中国首款中型客机最大载客量为190座。除此之外，中国第一次完全自主设计制造的喷气式支线客机ARJ21-700也于2017年完成首飞，并交付使用。除了大型民用运输机，中国还设计制造了新型军用运输机——运-20。该机作为大型多用途运输机，可在复杂气象条件下，执行各种物资和人员的长距离航空运输任务。超大的载重量、优良的性能、圆润的身形使得运-20一经面世便获得青睐，很多人将它亲切地称为“胖妞”。C919、“胖妞”都是引领我国大型飞机发展的排头兵，在我国的航空史上留下了极为重要的一笔。

协和式超音速飞机共有四台涡轮喷气发动机，单台推力达169320牛。这种发动机具备了一般在超音速战斗机上才使用的加力燃烧室，最大飞行速度可达2499千米/时，巡航速度达到2150千米/时，巡航高度为18000米，具有先进的电子设备，能够达到Ⅲ级自动降落和起飞，即完全能按照程序和指令，在无飞行员操纵下自动起飞与降落。协和式飞机的机形独特，机头细长下垂，颇具辨识度。不过，这样的设计有利有弊，好处在于可以获得较高的低速仰角升力，有利于起降，又可以降低超音速飞行时产生的阻力。但不利在于，由于机头过于细长，飞行员在起降时的高仰角导致视线会被机头挡住，为了改善起降视野，机头设计成可下垂式，在起降时可以下垂5度至12度，巡航时再调回正常状态，这样庞大的机头角度调整设备增加了飞机的重量，占用了飞机的宝贵空间。

普通飞机用螺旋桨推进，当飞行速度达到每小时六七百公里的时候，周围有一部分空气就产生一种特殊现象叫做“压缩激波”，也就是一种很大的阻力使螺旋浆失去作用，因此普通飞机的飞行速度最多不过每小时500公里左右。喷气式飞机不用螺旋桨没有压缩激波的影响就可以比普通飞机飞的快得多。喷气式飞机的飞行速度可以接近甚至超过普速(昔速就是声晋传播的速度每小时约1224公里)。理论上估计可以达到音速的1.6倍左右。因此又有人把喷气式飞机叫做超音速飞机。喷气式飞机的飞行速度和普速差不多，甚至还要快，所以往往在我们听到机声的时候它已经飞到我们头顶的上空，甚至已经飞过去了。不像普通飞机那样先听到声音然后才看到飞机慢慢飞过来。

普通飞机飞到高空以后，发动机的马力要降低螺旋桨也会因为空气稀薄而失效。因此，它们最高只能飞到15，000公尺左右。普通到10，000公尺高空就算很不错了。而喷气式飞机飞到高空，因为高空气温减低使空气压缩机的效率提高；因为高空空气密度减低使机尾喷管内外的压力差增大，在一定耗油量的情况下喷射速度反会增加；又因为高空空气稀薄使飞行阻力大为减低；所以喷气式飞机的飞行高度可以大大地超过普通飞机。一般的大约可以到17，000-20，000公尺左右。因为飞得高，就可以不受地面上地理条件和风、云、雨、雪等气候条件的影响。

普通飞机发动机所用的燃料:需要高度精炼的汽油，价钱很贵，大量供应有困雉。喷气式飞机可以用普通点灯用的煤油，也可以用柴油或者其他液体燃料。因此，供应方便，价钱也便宜得多。

普通飞机发动机的构造很复杂，主要是靠汽缸裹燃烧气体的力量推动活塞，活塞往复运动而使机轴旋转，这种运动是不连续的，所以飞行时振动得很厉害，不仅使人感觉不舒服，而且消耗力量；损伤机件。喷气式飞机发动机机件的运动是连续的，因此振动很小，没有这些毛病。

普通飞机因为发动机和螺旋桨的关系制造技术比较复杂成本也高；又因仪表较多操纵复杂，所以训练驾驶员需要较长的时间，维护和修理也需要较多的人。喷气式飞机发动机的构造比较简单，附装的零件较少，因此，制造起来就简单一些，成本较低维护和修理也比较容易，所需的人员也较少。喷气式飞机的仪表较少，操纵容易，驾驶员在较短时间内就可以学会驾驶技术，并且因为驾驶室设到机身的头部，又没有螺旋桨，所以驾驶员视察飞机前面的空间不受什么遮掩，要比普通飞机方便得多。

主要缺点是耗油量大；受有所带的油量的限制，不能像普通飞机飞得那么远。普通远程轰炸机的航程可以达到一万公里以上，普通战斗机也能达到三四千公里。喷气式飞机只能够飞行一千多公里就是装置了特殊储油设备的最大的喷气式轰炸机，也只能飞行三四千公里。喷气式飞机高空高速情况下对发动机依赖很大，一旦发动机故障了就失去动力，而飞机本身比螺旋桨飞机重多了，滑翔性能差，弄不好飞行员就得失去生命。

1948年,前苏联拉沃奇金试验设计局研制出第一架超音速飞机拉一176。飞机机冀设计成450角后掠冀,动力装置系推力22千牛的RD一45F涡轮喷气发动机。1948年12月26日,年轻的苏联飞行员奥列格·索科罗夫斯基在试验中心驾驶试验型拉一176前线歼击机进行试飞,在规定的水平飞行中,于7侧刃米高度航速达到1105公里/小时,相当于1.021马赫。1949年1月, 试飞员们又连续6次创造了超音速飞行的速度记录。米高扬设计局研制出世界上首架投人批量生产的超音速飞机---米格-19前线歼击机。这种机翼后掠角为55度的战机最大飞行速度可达1450公里/小时。1952战斗机,将他的同胞伊韦斯特保持了近两年的记录刷新成1323.312公里/小时;1956年，英国人特维斯驾驶FD-2试验型飞机将世界飞行速度猛提至1821.7公里/小时(1.731马赫)。此后，又轮到美国人露脸了:德柳和欧文驾驶F-101A和F-104A“战斗明星”战斗机在飞越25公里航段时，速度分别达到1943.5公里/小时和2259.538公里/小时。但是，欧文的这一记录很快被法国人打破。1958年10月，法国飞行员杜卡驾驶试验型“粗毛犬”战斗机(因发动机复杂未投人批量生产)航速达到2330公里/小时。美、法飞行员相继突破2000公里/小时的速度大关,苏联也不甘落后。50年代后期，米高扬设计局研制出米格-21三角翼飞机。1959年10月，试飞员格·英索洛夫驾驶标号为E-66的米格-21试验型样机飞行,时速高达2388公里。不久，美国人就打破了这项世界记录。1959年年末，美国飞行员罗杰斯驾驶F-106A“三角标枪”三角翼无尾截击机创造了2455.7公里/小时的新记录。两年后,美国飞行员罗宾逊驾驶装配大加力推力式发动机的“巫毒”多用途战斗机又将航速提高到2585公里/小时。1962年年中，前苏联飞行员格·莫索洛夫驾驶新式三角翼试验型飞机E-166再次超越美国人，其航速达到2681公里/小时。先前的喷气机最快飞行速度纪录是SR-71“黑鸟”侦察机在1964年创下的，每小时达到3529千米，即3.2马赫。美国国家航空航天局过去也以X-15创下6.7马赫的高超声速飞行纪录。在喷气式飞机的速度较量中，巾帼同样不让须眉。美国女飞行员扎克琳·科克兰和俄罗斯女性斯韦特兰娜·萨维茨卡娅都创下了骄人的世界记录。1961年8月、1963年4月和1964年5月，扎克琳·科克兰先后驾驶T-38、TF-104G、F-104G飞机在15~25公里航段上连续3次创造了女性世界飞行速度记录，其航速分别达到1358.6公里/小时、2048.875公里/小时和2300.234公里/小时。1975年6月，苏联功勋运动健将斯韦特兰娜·萨维茨卡娅驾驶米格-25,时速达到2683公里，超过扎克琳383公里/小时。她以超过音速2倍的航速创下了女性飞行速度世界记录。2004年3月27日美国国家航空航天局宣布，一架X-43A实验机在加州爱德华空军量地的试飞中，达到每小时7700千米(约7马赫)、刷新喷气机的飞行速度最快纪录。这次试飞成功不但大举扩充吸气式飞行的领域，也可能将改变来来人类在大气层内飞行基至太空飞行的形态。