自1903年萊特兄弟的首架載人動力飛行器升空至今,到第二次世界大戰結束至今的58年(1945年至2003年)時間裏,航空科技發展相當快速,航空工程師們更是將研發方向投入到提昇飛行速度上。要提高飛行速度,除了修改飛機的氣動力外型,減少飛機在空氣中飛行時所受到的阻力外,最重要的方法是提高發動機的運作效率,使其在飛行中獲得更大的推力。

二次大戰以前的飛機是使用活塞式發動機(Piston Enging),活塞式發動機結構相當簡單,所採用的製造技術層次不高,而且耗油率低,剛好滿足當時低速飛行的需求。但隨著飛行速度不斷提高,於是輸出功率太低成為活塞式發動機最大的弱點,無法爲飛機在高速飛行時提供足夠的推力。

到了1930年代末,尤其是在二次大戰中期,由於戰爭的關係促使飛機的性能有了快速的發展,最高飛行速度可達到時速700至800公里,昇限可達10,000公尺以上,但航空工程師發現到,螺旋槳飛機的發展似乎達到了極限,儘管航空工程師將活塞式發動機的輸出功率不斷提高,從1,000kw到2,000kw甚至3,000kw,但飛機的速度仍沒有明顯提昇。

速度沒有明顯提昇的問題就出在螺旋槳(Propeller)上,當飛機速度達到時速800公里時因為螺旋槳始終在高速運轉,槳葉尖端的部分實際上已接近了音速,在穿音速流場的氣流環境下使得螺旋槳運作效率急劇下降,因此造成推力下降。同時螺旋槳的相對氣流面積較大,帶來的阻力也大,故隨著飛行高度的上升,大氣變稀薄的情形下,活塞式發動機的運作功率也會急劇下降。這幾個因素結合在一起,故活塞式發動機與螺旋槳的組合推進方式發展到了極限。為了進一步提昇飛機飛行性能,必須採用全新推進方式,於是噴射發動機(Jet Engine)應運而生,從此揭開了航空史上一個新的紀元-超音速飛行時代。

提到噴射機,就不能不提到德國的恩斯特.亨克爾(Ernst Heinkel),亨克爾設計製造的世界首架升空飛行的噴射機,開創了飛機的噴射時代。恩斯特.亨克爾於1898年1月出生於德國南部的農村,父親是當地的暖氣管線工人。亨克爾在大學畢業後開始從事飛機設計,曾先後在信天翁飛機公司與漢莎.布蘭登堡公司擔任過航空總設計師。在1922年12月1日創立了恩斯特.亨克爾航空有限公司(Ernst Heinkel Aviation GmbH),公司名稱以自己的名字來命名。從1936年起亨克爾開始與當時正在研究航空用燃氣渦輪發動機的漢斯.馮歐漢(Hans Von Ohain)合作,馮歐漢此時在亨克爾的公司內任職。在亨克爾提供的研究經費全力資助下,首具He-S3渦輪噴射(Turbojet)發動機於1937年9月首次測試運轉成功。幾乎在此同時,英國的法蘭克.惠特爾(Frank Whittle)伯爵也研發出W.U.1離心式噴射發動機,並測試運轉成功,同時取得燃氣渦輪發動機的第一個專利權。惠特爾後來於1941年研發出W1噴射發動機,並裝置在葛羅斯特(Gloster)E28/39實驗機上於同年5月完成首次試飛,但已落後德國數年。

二次大戰前的1939年8月27日德國Marienehe機場,試飛員埃爾契.瓦西茲(Erich Warsitz)如同往常般來到Marienehe機場的大坪,大坪上停放著一架亨克爾公司製造的新機。這架鋁製機身、木製機翼的航空器與傳統機型不同處是,這架型號為He-178的實驗機種裝置有一具由馮歐漢研發的He-S3B渦輪噴射發動機,推力爲838磅(380公斤)。瓦西茲爬進了實驗機駕駛座,啟動發動機電門,伴隨著發動機的巨大轟鳴聲世界首架噴射機升空,而瓦西茲也成為首位駕駛裝置渦輪噴射發動機的飛行員。但也很諷刺,這次試飛因發動機遭受鳥擊而損壞,使瓦西茲成為航空史上首位鳥擊事件的受害者,幸好安全降落。He-178將渦輪噴射發動機應用於飛機的劃時代創舉,使德國的航空科技在二次大戰中居領先地位,同時也宣告噴射飛行時代的來臨。

戰爭促進了航空科技的快速發展,二次大戰結束以後,噴射發動機技術越來越成熟,採用噴射發動機的飛機,迅速取代了裝置活塞式發動機的螺旋槳飛機的地位。日後歐美航空界普遍採用的噴射發動機基本構型,大部份是衍生自英國發展的基礎。而戰後俄製噴射發動機的基本構型,是衍生自德國的噴射發動機。如今使用幾倍於音速的飛行,對於人類來說也是很容易辦到的事。
arrow
arrow
    全站熱搜

    liu08222000 發表在 痞客邦 留言(0) 人氣()