初期的涡轮喷气发动机

      航空发动机发展到20世纪40年代的时候，就逐步进入了活塞式发动机向喷气发动机过渡的阶段。虽然此时依然是活塞式航空发动机的最辉煌时期，但同时也是它功成名就，该在惊心动魄的二战全身而退的时候了。

    喷气发动机，在他刚刚诞生的时候，有火箭发动机，冲压发动机，以及涡轮喷气发动机。
火箭发动机自然简单些，主要是液体燃料箱和液氧箱，加上一个耐高温的燃烧室就成了。虽然控制线路和管线线路比较复杂些，但是动力产生的原理却很简单，就是不断地喷入液体燃料在液氧的助燃下进行剧烈燃烧，产生大量高温高压的气体向后喷出，而机身本身得到牛顿三定律之一的作用力与反作用力的空气的反作用力，飞速前进而已。即使不配图，大家也能顺利理解。代表作，德国V2火箭。
冲压发动机就是另外一条路子了。他没有液氧，用若干个喷嘴向后喷出燃料并点燃，使得发动机前部的空气被迅速吸引进来，帮助下一批燃料燃烧，同样是产生大量高温高压的空气使得机体前进。代表作，德国V1火箭。

    很明显，因为前面进来的空气没有被增压，燃烧效率和功率都不可能太大，于是必须对吸进的空气进行增压以增加空气密度和速度，加强燃烧效率并提高燃气产生的质量温度和速度，也就是增加发动机的功率，于是产生了涡轮风扇增压的想法。这就需要一个压气机。

    涡轮可不是40年代发明的。早在巨舰大炮时代，三胀式活塞蒸汽发动机已经不能满足需求，于是当时20年代执世界科技牛耳的英国人发明了蒸汽轮机。这就是用高温高压的水蒸汽驱动涡轮带动主轴，以带动螺旋桨转动，使得那动辄2－4万吨的大家伙达到近30节甚至更高的航速。33节是33海里每小时，每海里1.85公里也就是说哪个4万多吨的胡德号战巡是用60公里每小时的速度从你身边开走的，而大家在海浪中游泳的速度应该很有体会，因为兴波阻力的影响，人在波浪摇曳的海洋游泳速度不会超过陆地上散步。

    压气机增压的渠道为两种，离心式和轴流式。下面将详细介绍这两种原理。
比较简单的是离心式。离心式压气机的原理是将空气从风扇的轴向――也就是正前方吸引进来，然后利用风扇的高速旋转对空气产生的离心力，将空气从圆周方向甩出去。如果我们开车一直高速左拐弯做圆周运动，那么乘客将有被甩到右边去的感觉。离心式原理的机械有鼓风机和抽油烟机，由于空气速度在这个加速过程中变高，单位时间吸入空气量增大，可改善燃烧室供氧情况，也就可以增加更多的燃烧室和增大燃烧油量，也就增加了发动机的功率。      
[attachment=74]
    来看这张原理图。这是最简单的离心式涡轮喷气发动机。空气从进气道进来，经过离心压气机的高速旋转，被甩到边缘圆周位置，于是空气便经过了增压增速。进入燃烧室，喷油嘴喷出燃料进行燃烧，燃烧后产生的高温高速高压的热空气打在涡轮盘上，使得涡轮盘被迫转动，带动主轴转动，而固定在主轴上的压气机风扇同时高速旋转，将下一批空气进行增压增速作业，于是发动机就不断地持续工作起来。发动机后面是尾喷管，当军用发动机感觉发动机推力不足的时候，将把这段加长，增加一批喷油嘴，采用前面说过的冲压发动机的原理，使得涡轮排除的高温高速气流帮助这批喷油嘴喷出的燃油进行一次燃烧，于是气流便更加的高温高速，使得发动机得到的反作用力加大，于是发动机功率在短时间加大了。但是此项燃烧没有进行压气机增压的流程，相对正常燃烧来说必定是更加费油，于是加力不能常开，也不能在低速度的时候开，这也是大家玩飞行模拟游戏时候开加力后油很快用完的道理。但在性命攸关的空战中，开加力则短时间提高了发动机的功率，增强了飞机的机动性和速度，这是战斗机必须的装备。民用发动机则无加力燃烧室。

    轴流式是当前世界涡轮发动机的主流，特点是气流沿着风扇的轴向流过。他的原理是气流经过轴向的风扇加速增压后进入燃烧室。轴流机的机械就是常用的电风扇。来看下面的原理图。
  [attachment=75]
       这张图大约不是上面那种简单的单转子发动机的图，估计是个双转子涡喷发动机，但不影响原理的介绍。空气从进气口进来，被前面几级甚至多大十几级的风扇――也叫低压压气机（前面几级）、高压压气机（后面几级）进行增压增速，增加了气流的稠密程度，进入燃烧室，喷油嘴喷油进行燃烧。高温高压高速的气流打在几级高温涡轮上，使得涡轮被迫旋转，以带动前面的风扇旋转而对下一批空气进行增压。于是发动机就连续地燃烧了起来。同样，尾喷管也可以加上加力燃烧室而变成军用发动机。

    同等转速下轴流风扇需要的气流流量大但承受的气流压力小；离心风扇需要的气流流量小但气流压力大。轴流式压气机，迎风的正面面积小、流量大；发动机相对而言细长，离心式结构简单、工作较稳定，但是直径大长度短，所以我们看到采用离心式发动机的米格15飞机机身粗短，而采用轴流式发动机的F86战斗机则比较细长。
[attachment=76]
    后来因为推力需要进一步增加，则将轴流式的前几级风扇加大加长，使得他们对一批冷空气进行了增压增速，从外涵道流走，同样产生推力，于是减低了油耗，使得涡扇发动机变为主流。由于涉及核心机和内外涵道的概念，将另行撰文来介绍原理。同样衍生出的涡轮螺旋桨发动机则是将最前面一级风扇经过齿轮减速变成了螺旋桨，更加降低了油耗却因为接近音速时候螺旋桨翼尖失速效率下降而不能使得飞机超音速。用于直升机的涡轮轴发动机则是主轴经过伞齿轮转换方向并减速后提供给头顶的螺旋桨动力。说起来美军M1坦克的燃气涡轮发动机原理更接近涡轮螺旋桨发动机，只是减速齿轮箱将主轴的速度减的更慢些来驱动主动轮。这些原理应该专门写文章，将来系统地介绍。

    在二战期间航空喷气发动机最先进的国家是英国和德国，资料称英国的惠特尔和德国的奥海因分别在1937年7月14日和1937年9月研制成功离心式涡轮喷气发动机。前者推力为530daN，但1941年5月15日首次试飞的格罗斯特公司E28/39飞机装的是其改进型W1B，推力为540daN，推重比2.20。后者推力为490daN，推重比1.38，于1939年8月27日率先装在亨克尔公司的He-178飞机上试飞成功。HE178是世界上第一架试飞成功的喷气式飞机，机身小巧修长，使世界航空过渡到了喷气机时代。
  [attachment=77]
    资料里面总是说到某发动机推力为多少daN，这个daN是十牛顿的意思 ，根据一千克力等于9.8牛顿的换算，咱可以大概的认为一daN就是一千克力，也就是大约是1公斤的推力，这就好理解了，米格15的单发动机加力推力3250 daN，大约就是3.2吨的意思，而米格15飞机空重3.6吨，当飞机载油和弹药不多的时候，推重比已经接近1，所以实战中米格15做垂直机动的能力比较强，这和总推重比比较大也是分不开的。当带着2台F100涡扇的F15战斗机出现的时候，飞机总推重比已经超过1，于是飞机可以垂直上升了，这就是发动机好坏带来的性能差异。世界上第一台实用的涡轮喷气发动机是德国的容克公司的尤莫-004，1941年12月推力达到980daN，装备著名的梅塞施米特Me-262战斗轰炸机。英国的第一种实用涡轮喷气战斗机就是著名的流星，装备罗•罗公司的Derwent 发动机，推力为755daN，推重比2.0。流星曾经用机翼挑落过V1巡航导弹。
    
    战后，美、苏、法占领了德国，通过正当或不正当的手段，陆续发展了本国第一代涡轮喷气发动机。英国由于有自己的基础，最先仿制离心式发动机成功，就是著名的“尼恩”发动机。后来苏联派飞机设计师米高扬和发动机设计师克里莫夫访问英国，借着长相和作风都很像列宁的英国左派首相艾德里，购买了“尼恩”发动机，并成功地仿制出来，叫RD-9B，装在米格-15战斗机上。加力推力为3250daN，美国F86战斗机的发动机为一台推力为 3,630 公斤带加力燃烧室的普拉特.惠特尼 J48-P-1 发动机，这样看来和米格15都是一个水平段的发动机。这也造就了他们的一代传奇。当然，米格15的高机动性是通过少载油获得的，在航程和载弹量上是不能和F86相比的。

    涡轮喷气航空发动机先叙述到这里，以上都是些简单原始的单转子发动机，以后将继续介绍双转子三转子发动机的原理，以及升级后的涡扇发动机。