當(dāng)然飛機(jī)的大。飛機(jī)上使用的活塞式發(fā)動機(jī)和汽車上的發(fā)動機(jī)差別不是很大。其特點是要求在同樣功率下重量更輕。為了減輕它的重量，飛機(jī)上使用的發(fā)動機(jī)的每一個零部件都是以克為單位精心設(shè)計其重量的，沒有一點多余的重量?；钊l(fā)動機(jī)的動力來自于汽缸內(nèi)汽油燃燒時對活塞的沖擊，沖擊力推動活塞再帶動連桿，連桿帶動曲軸，曲軸轉(zhuǎn)動就產(chǎn)生出動力。由于飛機(jī)飛行時所需的動力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于汽車行駛時所需的動力，所以飛機(jī)必須安裝大功率發(fā)動機(jī)才行。發(fā)動機(jī)的功率與汽缸的容量是成正比的，那么加大汽缸的體積不就可以獲得更大的功率了嗎？但實際上沒有那么好的材料能使汽缸承受如此大的壓力，只能通過增加汽缸的數(shù)量來增加功率。一般汽車上使用的功率最大的是12缸220馬力左右的發(fā)動機(jī)，而在飛機(jī)上使用的最大的活塞式發(fā)動機(jī)竟有28個汽缸，功率可達(dá)到4000馬力！如果功率仍達(dá)不到使用要求，飛機(jī)上可以安裝不只一臺發(fā)動機(jī)?；钊l(fā)動機(jī)只能使曲軸轉(zhuǎn)動，要把這種轉(zhuǎn)動變成能使飛機(jī)前進(jìn)的推力還要借助于另一個結(jié)構(gòu)，那就是螺旋槳。受輪船依靠螺旋槳的轉(zhuǎn)動在水中航行的機(jī)理的啟發(fā)，飛機(jī)是否也可以依靠螺旋槳在空氣中前進(jìn)呢?從道理上來講，在空氣中或水中，螺旋槳所起的作用應(yīng)該是相同的。但實際上空氣的密度僅為水密度的1／8000，因此如要產(chǎn)生足夠的推力，在空氣中使用的螺旋槳必須被制作成具有很大長度，很大面積，很高轉(zhuǎn)速才行。這又是一個難題。 觀察螺旋槳的橫切面，發(fā)現(xiàn)它和機(jī)翼是相似的，完全可以用分析機(jī)翼如何產(chǎn)生升力的方法去分析一下螺旋槳。機(jī)翼穿過空氣向前運動時能產(chǎn)生升力；一旦螺旋槳在與飛機(jī)前進(jìn)方向垂直的平面上運動，它也會產(chǎn)生一個力，只不過運動的方向差了90度，因此這個力的方向也差90度，機(jī)翼產(chǎn)生的是向上的升力，那么螺旋槳產(chǎn)生的力就是向前的推力了。螺旋槳和機(jī)翼一樣也有迎角，當(dāng)把空氣壓向后方時就能增加推力，迎角越大，產(chǎn)生的推力也就越大。與機(jī)翼不同的是，機(jī)翼上各點在飛機(jī)飛行時做平行運動，它們的速度是一樣的，迎角也是相同的；而螺旋槳是在做旋轉(zhuǎn)運動，其根部運動速度慢，產(chǎn)生的推力小受力也小；而其頂部，運動速度快，產(chǎn)生的推力大，受力也大。這種現(xiàn)象很容易使螺旋槳的頂部受到損壞甚至折斷。設(shè)計師們?yōu)榱吮苊膺@種現(xiàn)象的發(fā)生就把螺旋槳根部的角度做的大一些，由根部到頂部，迎角逐漸減小，這樣就能使螺旋槳整體在長度方向上所產(chǎn)生的推力大致各點相等，螺旋槳就結(jié)實耐用了。螺旋槳在形狀上也就必須變成麻花狀，這就是大家現(xiàn)在所看到的螺旋槳。 要想使螺旋槳產(chǎn)生更大的推力，最簡單的辦法就是加長槳葉?？墒菢~越大，尖端運動的速度也越大，槳的尖端部分受的力也越大，從而帶來強(qiáng)烈的噪聲。受材料強(qiáng)度及控制噪聲要求的限制，飛機(jī)使用了長度較短而葉片較多的螺旋槳以便盡可能的增加推力減少噪聲。小型飛機(jī)通常使用兩個葉片的單個螺旋槳；大型飛機(jī)上使用多臺發(fā)動機(jī)，每臺裝有三個葉片以上的多葉片螺旋槳。噴氣發(fā)動機(jī)最早于l939年問世，用于戰(zhàn)斗飛機(jī)。直到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后7年，最先開發(fā)噴氣發(fā)動機(jī)的英國率先在民航客機(jī)“彗星號”上安裝了噴氣式發(fā)動機(jī)，并于l952年飛上天空。民航客機(jī)安裝上渦輪噴氣發(fā)動機(jī)以后又發(fā)現(xiàn)了兩個新問題：即耗油量比活塞發(fā)動機(jī)大，噪聲也大。于是陸續(xù)又生產(chǎn)出三種新的種類。最原始的被稱為純渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，其余三種分別被命名為：渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)、渦輪軸發(fā)動機(jī)。 噴氣發(fā)動機(jī)使用煤油為燃油。理由是煤油比汽油性能穩(wěn)定，熱值高。燃燒以后的煤油變成熾熱的氣體迅速被排出，它的能量未被充分利用，因此消耗率非常高，使用這種發(fā)動機(jī)的飛機(jī)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益相對較低。對于軍用飛機(jī)問題不大，但對于民航飛機(jī)來講其經(jīng)濟(jì)性能至關(guān)重要。設(shè)計者們想到活塞式飛機(jī)使用螺旋槳，燃油消耗少且效率高，那么能不能在渦輪發(fā)動機(jī)上加裝一個螺旋槳呢?這種想法很容易地就實現(xiàn)了。因為渦輪本來就是通過旋轉(zhuǎn)的軸來帶動壓氣機(jī)的。在其中另加上一組渦輪，用它帶動安裝在前方的一個螺旋槳，這種新型的發(fā)動機(jī)就是渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)。安裝有這種發(fā)動機(jī)的飛機(jī)在燃油消耗量方面大為下降，可是也因螺旋槳之故，飛行速度也下降了。這種飛機(jī)是介于純噴氣飛機(jī)和活塞式飛機(jī)之間的中間產(chǎn)物。它的飛行速度為600千米/小時左右，在速度和油耗方面都居于二者之中。渦輪螺旋發(fā)動機(jī)飛機(jī)90％以上的推力來自螺旋槳，只有10％的推力來自發(fā)動機(jī)尾部噴氣的氣流。這種發(fā)動機(jī)現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于中小型民航客機(jī)上。 為了把渦輪發(fā)動機(jī)用在只需要軸動力的地方，如直升機(jī)或地面車輛等，可通過增加渦輪的數(shù)量，使燃燒氣流中的能量都轉(zhuǎn)變成渦輪旋轉(zhuǎn)的能量，只由渦輪軸輸出動力。這種發(fā)動機(jī)的噴氣已經(jīng)和活塞發(fā)動機(jī)排出的廢氣相同，不再做功。這種發(fā)動機(jī)被命名為渦輪軸發(fā)動機(jī)，普遍被用于直升機(jī)和坦克車上。噴氣發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的噪聲在頻率上分布很廣，強(qiáng)度也大，主要來源于發(fā)動機(jī)噴出的高速氣流。噴氣的速度每增加一倍，噪聲的強(qiáng)度就會增加三倍。這樣看來降低噪聲的問題實際上取決于如何降低發(fā)動機(jī)的噴氣速度?？墒菄姎獍l(fā)動機(jī)的推力與噴氣速度成正比，純渦輪噴氣發(fā)動機(jī)降低排氣速度就意味著減少了推力，繼而也就降低了飛機(jī)的飛行速度，噴氣機(jī)的優(yōu)勢也就不復(fù)存在了。為了降低噪聲，起初在改進(jìn)噴管的設(shè)計上下了很多力氣，把噴管做成花瓣形、多管形等等，但沒有解決根本問題，收效甚微。直到20世紀(jì)50年代末，開發(fā)出渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，噪聲的問題才得到初步解決。設(shè)計這種發(fā)動機(jī)的基本設(shè)想是在渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上對其加以改造，使它既能提高飛行速度又能降低噪聲。具體做法首先是把渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)的螺旋槳直徑縮小，同時增加葉片的數(shù)量。然后將這個螺旋槳放在一個管道中(專業(yè)術(shù)語為函道)，于是就形成了一個風(fēng)扇，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動通過函道向后排出空氣，從而產(chǎn)生了部分推力。向后排的空氣有一部分進(jìn)入發(fā)動機(jī)燃燒后也產(chǎn)生推力，同時吹動渦輪帶動風(fēng)扇。另一部分的空氣在發(fā)動機(jī)外面的管道中流過，使發(fā)動機(jī)冷卻。風(fēng)扇的直徑比螺旋槳小又放在管道中，從而避免了在飛行中過早的產(chǎn)生激波。這樣一來,飛機(jī)的飛行速度就被提高到接近音速。風(fēng)扇的直徑比后面的發(fā)動機(jī)大，它使一部分氣體在發(fā)動機(jī)外的函道中流過。外部流過的氣流使發(fā)動機(jī)散熱情況得到改善，提高了它的效率；而且這股氣流的流速很低，它在發(fā)動機(jī)的尾部與噴管噴出的高速空氣混合，降低了后者的速度，得到了降低噪聲的效果。渦扇發(fā)動機(jī)具有渦槳發(fā)動機(jī)的效率，且能把飛行速度提高到接近音速。它發(fā)出的噪聲比渦輪發(fā)動機(jī)小得多，故一經(jīng)問世，立刻就受到民航運輸業(yè)的歡迎。不足10年的時間，它幾乎就獨占鰲頭地成為大中型民航飛機(jī)所采用的首選動力裝置。渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)與渦輪噴氣發(fā)動機(jī)相比較也有不足之外。由于有風(fēng)扇，發(fā)動機(jī)直徑就比較大，在超音速飛行時，它因受到的阻力大而使效率下降。因此在超音速客機(jī)上依然還使用著渦輪噴氣發(fā)動機(jī)?，F(xiàn)在世界上大型民航飛機(jī)的飛行速度大都在800千米/小時到1000千米/小時之間。這個區(qū)間被稱為高亞音速區(qū)間。再想飛得快一些的話就碰上了音障。速度如果超過音速，那么飛機(jī)的結(jié)構(gòu)形狀要改變，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要增加，由于空氣的摩擦使飛機(jī)的外表溫度增加，飛機(jī)的蒙皮材料也要改進(jìn)。超音速飛機(jī)和亞音速飛機(jī)相比，從設(shè)計和工藝制造技術(shù)諸方面都是一個大跨躍。1947年超音速飛行首次在實驗飛機(jī)上實現(xiàn)了，之后在1953年軍用飛機(jī)實現(xiàn)了超音速。令人向往的是民航飛機(jī)能不能，以超音速飛行，把空中旅行的時間再縮短一些?為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，許多國家的航空業(yè)從20世紀(jì)60年代開始就展開了激烈的競爭角逐。以英國和法國合作為一方，前蘇聯(lián)為另一方，他們都朝著能生產(chǎn)出第一架超音速客機(jī)的目標(biāo)挺進(jìn)。1969年雙方幾乎同時造出了超音速客機(jī)。在試飛中，前蘇聯(lián)的飛機(jī)出了幾次嚴(yán)重事故，于是便退出“角斗場”。英法聯(lián)合研制的“協(xié)和”號超音速客機(jī)取得了成功并于1976年初正式投入航線運行，成為當(dāng)今世界上惟一的一種超音速客機(jī)，也是世界上飛得最快的民航機(jī)。 “協(xié)和”號的研制成功，其技術(shù)工藝水平在航空業(yè)取得了公認(rèn)的劃時代的偉大成就。它采用了專門為其研制的四臺大推力的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，有著又薄又寬的大后掠角的三角形機(jī)翼，沒有水平尾翼，機(jī)頭尖細(xì)，機(jī)身細(xì)長。蒙皮采用當(dāng)時最先進(jìn)的耐熱鋁合金，機(jī)身結(jié)構(gòu)還使用了那時期十分昂貴稀缺的鈦合金。為了能迅速散掉因空氣摩擦而產(chǎn)生的熱量，采用了燃油汽化技術(shù)。各種技術(shù)改進(jìn)不能在此一一詳述，總之，它技術(shù)上的先進(jìn)性無與倫比。“協(xié)和”號重175噸，載客l00名。在16000米到l8000米的高空，這個龐然大物可以以2180米／小時(音速的2倍)的速度飛行，比地球自轉(zhuǎn)的速度還快。如果你乘坐“協(xié)和”號向西飛行，可以追趕太陽，并會感受到太陽永不落下甚至從西方升起的奇景。從英國倫敦起飛到美國紐約，全程耗時僅三個多小時?！翱涓缸啡铡币巡辉偈巧裨挘榱吮荛_低空稠密的大氣層，“協(xié)和”號升入15000米以上的高空才做超音速飛行。在現(xiàn)今世界范圍內(nèi)“協(xié)和”號是飛得最快和最高的民航機(jī)。創(chuàng)造了航空史上的奇跡的“協(xié)和”號并未能在經(jīng)濟(jì)上給制造者們帶來豐厚的利潤，反而使英法兩國承受了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。這是因為什么呢？原因有二。第一個原因是燃料消耗太大。飛機(jī)為了超過音速飛行，必須加大推力，這就必然要消耗大量燃料。在相同距離內(nèi)“協(xié)和”號飛機(jī)比其他飛機(jī)多消耗三倍以上的燃料。換一個角度說，也就是如果飛機(jī)攜帶同樣多的燃料， “協(xié)和”號的航程要比其他飛機(jī)短得多。我們將“協(xié)和”號客機(jī)與同它重量幾乎相等的波音767飛機(jī)做一比較，前者最大裝油量為82噸，滿載乘客為100人，航程為6230千米；而后者最大裝油量為72噸，滿載乘客為210人，航程為10674千米。簡單地算一下，就可以看出每位旅客每公里的耗油量，“協(xié)和”號是波音767的3.8倍。第二個原因是噪聲問題?！皡f(xié)和”客機(jī)使用有利于飛行的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。它所產(chǎn)生的噪聲遠(yuǎn)大于使用渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的亞音速飛機(jī)。更有甚者是當(dāng)飛機(jī)超越音速時，它使空氣劇烈振動，發(fā)出了一陣陣?yán)坐Q般的響聲，這種聲響被稱為音爆，它具有強(qiáng)烈的破壞力。在低空飛行時，聲爆甚至可以使地面建筑物產(chǎn)生裂紋。因此“協(xié)和”號只能在公海或很高的高空中上做跨越音速的飛行。世界上很多國家對飛機(jī)發(fā)出的噪聲有嚴(yán)格規(guī)定，因此“協(xié)和”號由于噪聲太強(qiáng)以致活動范圍受到限制和約束。例如美國只允許“協(xié)和”號在規(guī)定的時間內(nèi)在東海岸的三家機(jī)場起降。
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