【螺旋桨激波现象】
【当飞机飞行时,螺旋桨旋转,桨尖的运动速度是飞机飞行速度与旋转产生的速度矢量迭加。】
【因此,即使飞机的飞行速度未达到音速,但在螺旋桨上运动最快的桨尖部分,其速度可能已经超过了音速。】
【此时,桨尖前方的空气被迅速压缩,气体分子之间的碰撞变得更加频繁和剧烈,导致空气密度增大、压力增大、温度增高,形成局部激波。】
顿了下,方文又补充了一句。
【虽然只是局部激波,但以点扩面,足以证明,活塞式螺旋桨飞机的上限在700——1000公里/小时,不可能超越音速。】
那如何才能将速度提升到音速以上呢?
这也是方文一直想要实现的军事科技跨越。
如果延续现有发动机技术,即便是普惠双发动机研发成功,也不过是将动能提升一倍。
那样的超级星型发动机,应该是能够将飞机速度提升到700公里,甚至更高点,但达到1000公里/小时以上就不可能了。
因为音速是1224公里/小时,越接近音速,机体的激波现象就越明显,飞行危险性就越高。
想要跨越这一极限,就要抛弃活塞式发动机,转向喷气式发动机。
方文站起身,努力回忆未来记忆,在强大的精神力帮助下,他找到了记忆深处关于喷气式发动机的一些资料。
随即,他将两种不同类型的发动机,做了个横向对比。
【活塞式发动机。】
【通过活塞在气缸内往复运动,将燃油燃烧的化学能转化为曲轴旋转的机械能,再通过螺旋桨推动空气产生推力。】
【瓶颈1功率密度限制:活塞式发动机的功率受气缸数量、排量和转速制约,当飞行速度接近音速时,螺旋桨叶尖会产生激波,导致效率急剧下降,预计配备活塞式发动机的螺旋桨战机,速度极限不会超过700——1000公里/小时,优秀战机速度将在 700公里/小时附近。】
【瓶颈2,高空性能衰减:随着海拔升高,空气密度降低,活塞式发动机的进气量和燃烧效率大幅下降,无法满足高空高速飞行需求,升限在 10000米以下。】
【喷气式发动机】
【原理:利用高速喷出的气流产生反作用力推动物体前进的动力装置,其核心原理基于牛顿第三定律(作用力与反作用力)和气体动力学。】
【泰山军工目前在单兵火箭弹上,有初步反作用力产生的推进力应用。】
其工作原理吗。
方文停笔,这种事情,涉及了整个体系,不应该由自己一个人来研究。
随即,他召集了泰山研究院的相关人员参加研究讨论。
泰山研究院火箭研究一组和二组,航空发动机研究组都收到通知,来到会议室参加研究讨论会。
方文作为主持,说明情况。
“我预先提醒下大家,本次研究讨论会,不定时,直到有理论突破,才会结束。另外,本次研究项目,属于绝密,参与者不得外泄,否则将以军事泄密论处,重者论为叛国行为。大家清楚了吗?”
三个研究组的研究员们,都是从事军事相关研究,对这种保密原则都了解,纷纷表示同意。
没有一个人退出研究讨论会。
随即,讨论会开始。
方文继续道:“我准备研究一款全新的航空发动机,它的效能将会远超现有发动机,直接将飞机速度提高到接近、甚至超越音速的可能。”
这个开头,足够震撼。
研究员们都知道音速是什么概念。
标准大气压下,15c时声速约为1225公里/小时(340米/秒)。
这个速度,已经是目前科技极限。
只有子弹才能达到这种速度。
一个个问题随之提出。
“飞机的材质能够承受得了超音速飞行吗?”
“什么样的发动机可以产生让数吨重飞机如此高速飞行的?”
“飞行员能够在这么高速度下完成驾驶吗?”
他们提出的问题都非常务实,方文回答道:
“这些问题,我不能给你们答案,科研工作的乐趣就在于,了解未知,解决未知。我希望和大家一起创造奇迹。但关于发动机,我是有草案的。”
他说着,将黑板上的蒙布扯下。
“这就是,新型发动机的初步方案。采用的动能是推进力方式,而不是螺旋桨升力方式。它的原理和我们正在研究的火箭弹是一样的,所以才会让火箭弹一组和二组参与讨论。”
一直没有出声的火箭弹二组组长姜文瑾露出惊奇目光。
他作为方文专门挖来的物理学家,有更好的前瞻性。
随即出声问道:“如果是使用推进力,发动机应该是通过“进气-压缩-燃烧-膨胀-排气”的模式,将燃料化学能转化为动能,利用反作用力推动物体前进。如果这种发动机能够研发出来,不光是可以用于飞机,我们的火箭弹,乃至其他武器都可以加装这种动能部件。理论上,这种发动机部件,在武器上的操作性,比飞机上的操作性更佳。”
为了证明他的说法,姜文瑾举了例子。
姜文瑾走到另一块黑板前,用粉笔画出示意图:“诸位请看,火箭弹受制于体积,现有燃料推进器只能提供单次脉冲动力,导致射程和变轨能力受限。但如果将这种新型发动机小型化,我们完全可以把它改造成可调节的‘动力心脏’。”
他拿起一支模型火箭弹,指着尾翼处比划,“以咱们正在研发的泰山战机专用火箭弹为例,加装这种发动机后,它就能在末端通过多次点火调整姿态,更高速,更准确的射向目标。”
会议室里响起此起彼伏的议论声,方文也没想到,姜文瑾竟然将讨论转向了导弹这一战略性武器上。
但现在,导弹要面临的问题,远比喷气式飞机要大得多,怎么控制射程航向准度都是要一一解决的。
毕竟德国的v2导弹,目前都还在图纸阶段呢。
方文连忙出声道:“火箭弹的提议很不错,你们组可以跟进,现在继续讨论发动机。”
他揭开另一块蒙着的黑板,继续说道。
“理论和姜文瑾说的差不多,主要是能量转换与反作用力驱动,分三个步骤,1,能量输入与气体压缩,吸入空气并压缩,使其压力和温度升高,机械能转化为气体内能,2,燃烧与能量释放,压缩后的空气与燃料混合燃烧,生成高温高压燃气,内能进一步提升。3,高速排气与反作用力产生:燃气经喷嘴加速喷出,根据牛顿第三定律,向后喷出的气流对发动机产生向前的反作用力,以推动飞机前进。”
“我原先的设计构思是涡轮式发动机,燃气经涡轮驱动压气机后,全部从尾喷管喷出,推力主要来自高速排气。效率在超声速时较高,但亚声速时油耗大。但这种设计,有一个问题,就是操作难度很大、实用性低。为此,我觉得可以折中一下,在牺牲一定速度的情况下,将喷气式飞机先做出来。”
方文将本次研讨会定调了。
主要是讨论可以实用性的喷气式发动机。
至于要什么样的实用性喷气式发动机呢?
他选择了两种:涡轮风扇发动机(未来民航客机型)、涡轮螺旋桨发动机(未来支线飞机型)。
这两种,可比德国和英国正在研究的原始涡轮式发动机要好,也比冲压发动机更容易实现,比脉冲喷气发动机更安全。
(本章完)