超级兵工帝国-第35章
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“燃气在尾喷管中膨胀加速，向后方高速喷射，产生反作用推力。而在相同的燃气发生器条件下，还可以将发动机燃烧室出口的部分或大部分可用功，通过动力涡轮转变为轴功。轴功驱动螺旋桨，这样就成为了一种涡轮螺旋桨发动机，在较低的飞行速度下，喷气发动机推进效率低，而作为推进器的螺旋桨在低速飞行时具有很高的推进效率，涡轮螺旋桨发动机综合了喷气发动机和螺旋桨的优点，是取代活塞发动机的最好方案。”
等到菲利普说完，这些工程师们立即就明白了其中的道理，梅塞施密特问道：“刚才你说英国人在研制离心式喷气发动机，而你演示的又是轴流式喷气发动机，那么到底哪一种设计更加合理呢？”
菲利普认真地道：“梅塞施密特先生问得好。这两种设计各有优缺点，到底我们该走哪条路呢？离心式喷气发动机是利用离心力将气体向四周甩而压缩气体，离心式的喷气式发动机结构简单，技术要求较低，但是效率较低。轴流式则是通过多个涡轮翼扇把前方空气压入燃烧室中点燃。这种内部构造更加先进，更加实用。尽管研制轴流式喷气发动机难度更大，但是今后喷气发动机主流一定会是轴流式！”
比利激动地问道：“菲利普先生，那这种喷气式发动机要承受高温高压燃气的作用力，对结构材料要求应该非常高，咱们能够找到这些材料么？”
比利是航空发动机方面的专家，对于喷气发动机也有一点了解，因此他的问题就非常实际。
菲利普点点头道：“不错，在高温材料方面，需要能承受600℃以上高温耐热合金材料，燃烧室喷出的高温高压高速的燃气流只有通过冲击涡轮做功才能够将能量转化为喷气发动机能够利用的形式。与压气机相比，涡轮需要增加一条非常重要的性能，那就是耐高温。为了保证涡轮材料不被高温燃气所融化，涡轮必须要采取复杂的冷却手段，比如气膜冷却、冲击冷却和对流冷却。这些冷却手段都是通过空心涡轮内部释放出来的冷空气实现的。需要铸造出空心的复杂气动外形的涡轮叶片成为挑战航空工业的大难题。”
比利张大了嘴巴道：“啊，居然这么难！那咱们还有希望吗？”
菲利普呵呵笑道：“想来应该没有太大的问题，咱们龙魂飞机制造公司研制成功了好几种耐高温、高强度铝合金，并且和博福斯公司联合生产。在合金方面，博福斯也具有很高的技术，相信可以完成这个任务。”
梅塞施密特问道：“那么涡轮螺旋桨发动机呢？”
菲利普平静地道：“要把涡轮的动力转移到螺旋桨上，还需要一套变速装置。事实上，涡桨发动机的效率高于涡轮喷气发动机，涡桨发动机造成其桨叶端部分速度很高，有产生激波的可能。另外，因涡轮转动速度很快，使得涡轮与螺桨之间必须要有变速齿轮，来降低螺桨转速使其叶端不要超过音速。所以使用螺桨发动机的飞机会多个变速齿轮的重量。不过总体来看，涡轮螺旋桨发动机还是有它优越的一面，比如说油耗比喷气发动机大大降低，甚至接近活塞发动机，变速齿轮我们可以想法办尽量减轻其重量，因此总的算下来，它还是非常适合装配到轰炸机和运输机上。它的优点就是拥有比装配活塞发动机的飞机更强的动力和飞行速度，而油耗却与活塞发动机相差无几。”
第七十二章航发总体设计上
梅塞施密特肃然起敬道：“这真是太好了！我想M40运输机和M20运输机如果能用让这种涡轮螺旋桨发动机，性能一定可以提高一大截呀！喷气发动机研制，是一项非常庞大而又复杂的工程，要研制出一台可用的喷气发动机，绝非易事！没有个十年八年是不可能完成的事吧？”
菲利普用坚毅的目光看着众人道：“梅塞施密特先生说得非常对，不过大家也不必灰心！航空涡轮发动机研制是很困难，但是只要我们大家一齐努力，一定可以制造出我们的航空涡轮发动机！我想好了，我们就研制一种推力在1500公斤左右的无加力喷气发动机，发动机自重要控制在七百公斤以下！同时，发展出同型号的涡轮螺旋桨发动机，功率大约可以达到2000马力左右，M40运输机采用2台涡轮螺旋桨发动机，就可以替代4台BMW715马力的活塞发动机，功率甚至更大。”
比利惊讶地道：“啊，这样一来，M40运输机性能又有提升！”
菲利普点点头，接道：“对！喷气发动机的工作过程是一个不停吸气－压缩－燃烧－膨胀－喷气的循环。发动机各部件、流道各截面的压力、温度、流量等参数需要大量的试验计算，喷气发动机的整体方案设计，就是从循环参数选取这一极端重要又极端纠结的工程开始的。对于这些参数的选取，也是很有讲究的，我想它完全可以比喻成钢丝上找平衡！”
梅塞施密特一听，感慨道：“是啊！设计师有时候都过于理想，但是又不得不屈从于现实，要在各种性能中作出一定的取舍！菲利普，你赶快搞一个研制方案出来吧！有了方案，我们就好迅速投入研制！我也想尽快实现喷气发动机的量产。”
看着众人一脸期待的表情，菲利普道：“好！说到航空发动机的设计，好比丈母娘择婿！这喷气动机要想和心目中的飞机搭伙过日子，首先就得让飞机用户或是飞机制造商这个丈母娘挑中吧！”
菲利普停下来看了看在场的不少年轻人，呵呵笑道：“这丈母娘挑女婿，有几点要求，力气大、吃得少、不要动不动就撂挑子，最好全年无休，有病不去医院吃个药片就能好，同时还要足够沉稳内敛、讲究卫生。放到这飞机用户和制造商大妈这儿，就是要求高推力、省油、可靠性高、维修简便而且成本低、适用性好、燃烧效率高！所以要让丈母娘选中，还真不是件容易的事儿！”
众人听得忍俊不禁，一个个都捂住肚子笑了起来！
菲利普正色道：“其实在相亲之前，亲友团就已经得到了丈母娘更具体的要求，那就是：可以现在没有多大的事业，但应该有能力吧，生活上不能太大手大脚，要会过日子啊，还有，不能太矮也不能太高，更不能是个大胖子吧。另外，身体一定要健康，一口气上五楼不能大喘气碰见个工作上生活上的沟沟坎坎，不能轻易丧失信心……诸如此类。也就是对发动机有几条要求：推力、耗油率、尺寸、重量、不喘振、恶劣条件不熄火。条件清楚了，大家赶紧记下来，名叫女婿应征宝典，啊不，是研制总要求——小伙子，玩命奋斗吧！”
比利笑得都快喘不过气来了，捂着肚子道：“菲利普先生，您真是太幽默了。那您再用比较容易懂的方式说说这个喷气发动机的设计吧，我们也好学习学习！”
菲利普哈哈大笑道：“好，那我先从喷气发动机的流体力学说起。说到能力，到底喷气发动机为什么能这么猛啊。这里我们必须从气体的状态方程说起，这个神奇的方程就是PV=RT。掌握了气体状态方程这个大杀器，空气分子们还不是被我们任意捏圆搓扁，乖乖接受奴役。事情是这样的，在我们周围的空气里面，住着无数调皮的空气分子。根据脾气秉性的不同，又分为氮气分子、氧气分子、水分子等各种类型。这些分子就像被一杆子打散的桌球，时时刻刻处于不停的运动和相互碰撞中。当它们前进的方向上有东西挡路时，就狠狠地撞上去。遇上其它空气分子还好，大不了大家都改个方向继续往前跑。若遇到列队迎敌的固体分子们，那就是一个被立刻反射回来的下场。当然，此时铜墙铁壁的固体分子也被狠狠地撞了一下腰。”
众人都听得大乐，连一向不苟言笑的梅塞施密特也忍不住笑得上仰下合。
菲利普又接着道：“分子们个体太小，碰撞一下的力量当然也是不值一提的。但架不住数量太多，每时每刻都有数以亿亿亿计的分子撞上来。所以宏观来看，空气中的任何物体都会持续受到一个压力的作用，即气压P。说起这个名称，那还真有个原因，发动机内部各个部件的表面积和各流道截面的面积一般是固定不变的，如果每次计算压力都用压强乘以面积那也太傻了，所以直接扔掉面积不管，压力就是压强了！”
比利笑道：“对啊！那压力大小和气体体积应该是成反比的关系吧？”
菲利普微笑着道：“比利说得不错。显然，这个压力的大小与单位时间内撞上来的分子个数成正比。同样数量的空气分子被塞到大小不同的箱子中，它们对箱壁的压力也会不同。箱子越大，分子们越稀疏，撞到同一块地方的分子就越少，压力也就越小。具体说来就是，压力P与气体体积V是成反比的。只要温度不变，那么体积增加一倍时，压力必然减小一半，二者的乘积却总也不变。”
比利又若有所悟地道：“那么喷气发动机里面，应该与活塞发动机相似，气体压力还与温度成正比关系吧？”
菲利普用赞赏的目光看着比利道：“同样的，分子们越活跃，速度越大，撞击的力度自然也越大。可是，空气分子体重有高有低，撞来撞去的速度也大不一样，怎么就知道这一团气体就比那一团活跃呢？这叫平均动能。只要气体分子的平均动能变大，我们就可以认为平均来说撞击力更强了。压力是大量微观分子作用力的宏观表现，所以平均值完全够用了，没必要知道某个分子的具体情况。由于单个分子的质量实在是太小了，导致平均动能的数值也很小，使用起来还是不那么方便。于是大家又发明了一个量来代表平均动能，那就是温度T。简单地说，温度就是物体冷热程度的表征。当温度升高时，分子们的撞击力越大，气体压力也就越大。”
第七十三章航发总体设计下
菲利普笑道：“有了压力P、体积V、温度T，气体的状态也就基本确定了，航空发动机的总体性能方案设计，也就是千方百计利用这三个量之间的关系，诱使空气分子们多干活、少吃饭。但在具体讨论总体性能方案之前，还有两个最基本的问题需要解决，那就是如何吸气、如何喷气。对于吸气，你空气分子不愿意主动进来，那就拉你一把。”
一名工程师问道：“咱们是通过压气机吸入空气吧？”
菲利普点点头道：“没错！压气机的多级风扇，就是个诱拐空气分子的帮凶，洞悉分子们喜欢大房子的特点，简简单单就把人骗进来了。少年，你想拥有自己的房子吗？你想鸽子笼变行宫吗？那就进来看看吧！通过风扇的高速旋转，大量的空气被甩向后方，造成风扇附近的空气分子越来越少，也就是空房无人入住！于是远处的分子们纷纷前来改善住房条件，没想到刚跑过来就被扔进后面的黑工厂当牛做马。就这样，吸气问题简简单单搞定。”
另一名工程师又好奇地问道：“可是喷气是怎么一回事呢？”
菲利普继续道：“喷气问题的解决有些麻烦。喷气发动机必须喷出高速气体才能产生推力，但这必须依赖较高的压比条件，内部压力与外界压力的比值越大，喷气的速度就越高。然而，内部压力是不会凭空升高的，必须要有一个费力压缩的过程。为使发动机内部压力增大，必须使用压气机。在大蒲扇一样的压气机叶片强力扇动下，空气分子们被迫往后走。而压气机流道又被设计成前高后低的样子，叶片也一级比一级短，于是越往后走越拥挤，最终达到增压的目的。其实从这一角度来说，最前面的风扇也是一个压气机。只不过从用途来说，风扇的主业是把空气分子们诱拐进来，主要的压缩过程是由后面的增压级和高压压气机实现的。”
比利想了想又问道：“那么咱们的总体设计到底是从哪里开始呢？”
菲利普认真道：“喷气发动机的工作过程是一个不停吸气－压缩－燃烧－膨胀－喷气的循环。空气分子们从大气中来，又最终混入大气，真是尘归尘，土归土，因果循环。也因此这一点，发动机各部件、流道各截面的压力、温度、流量等循环参数选取就是喷气发动机的整体方案设计开始的。比如根据现有技术水平，最终设计出的压气机效率很可能比较低，那么没办法，把高压涡轮的效率指标向上抬一抬，或者温度再提高个十度二十度的。经过各种取舍和平衡，就得到了整个工作循环的关键参数，涵道比、总压比、推力、耗油率、高低压轴转速，以及各部件的性能参数，如流量、温度、效率、压比等。根据这些参数，还可以继续计算出发动机整个流道的大概尺寸框架，即初步流道。有了初步流道，有了各部件需要达到的性能指标，终于可以发给各专业进行具体设计了呢。”
梅塞施密特听得感慨道：�
