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第6章 航空历程(4)

英国著名飞机设计家德·哈维兰父子面对二战中伦敦屡遭德军V-2火箭的轰炸,决心研制出一种新型的超音速飞机,将德国飞机消灭在本土之外。父子俩经过一年多的努力终于制造出一架接近音速的战斗机。1946年11月19日,第一次跨越音速的试飞开始了。小哈维兰驾驶飞机飞上蓝天,随着飞机速度的不断增大,突然天崩地裂的一声巨响,崭新的喷气式飞机炸成了无数碎片,暴雨般倾天而下,小哈维兰当场身亡。

美国在1943年成立了专门的研究机构,还花费2亿美元建立了2000千米/小时的高速风洞,由贝尔公司着手研制超音速飞机。钱学森和他的导师冯·卡门(1881—1963年)等人,很快就掌握了亚音速、跨音速和超音速空气流动的特性,并开始研究火箭。钱学森与冯·卡门教授一起最早提出了高超音速流的概念,高亚音速飞机采用的设计公式就是以“卡门-钱公式”命名的。1947年10月14日,又一次突破音障的试飞在加利福尼亚州的木罗克大干湖上空开始。这次的试验机采用了火箭喷气发动机,这种发动机本身带有燃料和氧化剂,不需要外界空气来助燃。而前面所介绍的喷气发动机只携带燃料,需要外界空气来助燃,不适宜在空气稀薄的高空飞行。火箭喷气发动机的特点是功率巨大,可使飞行速度增大,并且飞行高度不受限制。装有新型发动机的飞机命名为X-1火箭飞机,它的机身长仅有9.45米,翼展8.55米,前端呈针状,外形圆滑像一枚炮弹。试飞员查尔斯·耶格是二战中曾击落13架敌机、有270多小时飞行经验的飞行员。

X-1火箭飞机先由B-29轰炸机携带到7620米高空,B-29像投炸弹般将X-1飞机投出。这时耶格启动X-1飞机的4排火箭喷气发动机,产生26460牛的推力。飞机尾部喷出一股白烟,速度不断加快,飞机爬升到12800米高空后改为平飞。关掉发动机让飞机向下俯冲,当速度达到0.8倍音速时,耶格感到随着速度的增加,飞机的振动愈加强烈,耶格紧握操纵杆的手在颤抖。当达到0.94倍音速时升降舵操纵失灵,耶格冷静沉着,用改变水平安定面迎角的方法来驾驶飞机,使速度继续接近音速并越过音速,飞机突然停止了颤振,飞机也变得轻盈了,音障突破了!这时的速度达到1.06倍音速(即M=1.06),实现了历史上第一次超越音速的飞行。为此耶格荣获了1947年科利尔奖,这是航空技术的最高成就奖。

在X-1飞机基础上,1956年9月贝尔公司又研制了X-2火箭飞机,时速达3450千米,飞行高度可达3800米。而X-15高超音速实验机于1967年10月创下了7296千米/小时的世界纪录,它由B-52轰炸机带至高空再点火飞行。X-15高超音速实验机采用液态燃料,乌黑的机身由镍基超合金制成,耐高温,机翼短而薄。

音障突破后,人们又面对热障问题。由于被压缩的空气会发热,并且机身与空气摩擦也产生热,所以当飞机超音速飞行时,它表面温度高达3000℃,这时会出现金属材料复合力降低,甚至变形;不同金属制成的部件受热后膨胀不同,相互间的连接发生问题,有可能造成飞机解体;一些塑料、有机玻璃部件会软化,失去其性能;舱内温度升高……这就是热障现象。降低飞机外表面温度,是克服热障的有效方法。如采用耐高温材料,或机身涂一层耐高温、隔热或吸热材料。再就是使飞机表面非常光滑,减少摩擦生热,这些措施都能有效克服热障。

有了先进的发动机及音障、热障问题的解决,飞机的飞行速度迅速提高。1953年,美国制造了F-100超音速战斗机。随后前苏联造出米格-19超音速飞机,英国制造出“猎人”超音速飞机。到20世纪50年代,美国和前苏联的军用飞机都达到了两倍音速。到20世纪60年代,美国的F-111和前苏联的米格-25等飞机,均达到3倍音速,飞行高度为3万米。现在,一般战斗机的速度都超过音速的3倍,大型民航客机也多以2倍音速飞行。

第二次世界大战后,喷气民航飞机迅速发展起来,出现了许多大型超音速客机,如前苏联的图-144客机时速约2500千米,能载乘客120人。

目前由德、英、意和西班牙4国联合研制的欧洲战斗机,是单座、双发动机的喷气式超音速飞机,速度为2倍音速,飞机全长15.9米,飞行距离可达2500千米。

在1999年国庆阅兵中,我国自行设计、研制的新一代超音速歼击轰炸机——“中国飞豹”17BC-1飞机首次亮相。“中国飞豹”飞机完全是依靠自己的力量设计、制造和试飞成功的新一代作战飞机,具有4个第一:第一架完全按照国际军标自行设计制造的歼击飞机;第一个地面试验和试飞规模最大、过程最全、试飞架次最多的机种;第一个自觉进行可靠性和维修性补充设计的机种;我国第一次用计算机辅助设计管理型号研制全过程的机种。新型战鹰具有全新的外形设计、先进的电子设备和优良的火控装备,能对地面、海上目标实施有力的攻击,集歼击、轰炸任务于一身,既有强大的进攻能力,又有良好的自卫能力,是未来高科技战争中的“杀手锏”。

从第一架超音速飞机的试飞成功到如今,各式各样的超音速、高超音速战斗机、轰炸机、高空侦察机和民航客机不断研制出来,飞机的形状、机翼的形状五花八门,飞行速度不断提高。正研制的新一代超音速飞机可能会取消前面的挡风玻璃,取而代之的将是配备导航系统、雷达和红外线影像的大型电视屏幕,只在侧面有很小的玻璃窗,驾驶员将通过前面的屏幕看到机舱外情况。未来高速客机不光速度更快,而且载客量也增大,到时你只要花现在一半的时间,就可以飞往世界各地了。我们相信,随着新型发动机的研制、航空技术和计算机技术的发展,新一代超音速航空飞机将会出现在地球上空!

直升机的发明

许多人常常把直升机误称为“直升飞机”,这在国内已有几十年的历史了,科学的叫法应是直升机。

什么是飞机?飞机是由动力产生前进动力,由固定机翼产生升力,在大气层内飞行的重于空气的航空器。那么什么是直升机?直升机是以动力驱动的旋翼作主要升力的来源,能垂直起落的在大气层中飞行的重于空气的航空器。由此可见,虽然它们都是在大气层中飞行的重于空气的航空器,但是二者有根本区别,所以千万不要混淆。

直升机除了可以垂直起落外,还能停在空中,而普通飞机却不行。这是为什么呢?原来任何物体要想离开地面,升向天空,都要克服重力。重力的方向是向下的,它竭力把物体吸向地面。飞机要想升向天空,就要有一向上的力来克服重力的影响,这就是靠机翼产生的升力。但是,机翼产生升力的条件是,它必须同空气之间有相对运动。有运动就有升力,没有运动也就没有了升力。所以飞机只有飞行时,才能产生升力。如果它停在空中,机翼和空气间没有了相对运动,升力不再存在,飞机就会掉下来。

然而,直升机的升力是由它上面高速旋转的旋翼所产生。当直升机停在空中时,它的旋翼仍在不停地转动,旋翼产生的升力,正好同直升机受到的重力大小相等、方向相反,所以直升机就可以稳稳地停在空中了。

第一架直升机究竟是谁制造的,众说纷纭。有说是1907年11月法国人保罗·科尔尼驾驶自己研制的动力直升机,飞离地面0.3米,时间20秒。有说是1937年德国的H·福克的“FW61”双旋翼横列式直升机载人试飞成功,它能侧飞、前飞、后飞、悬停和转弯。直升机真正进入实用阶段是20世纪40年代。当飞机进入喷气时代后,直升机的动力装置也由活塞式发动机发展到涡轮轴发动机,功率更大,性能更好,使20世纪50年代后期直升机得到了飞速发展。

由于直升机能垂直起落、空中悬停、360°转弯及前后左右飞行的特点,它通常是担负救护伤病员、空中搜索、森林防火和灭火、播种和施肥及一些特殊运输任务。在军事上用于作战及武器、人员运输。20世纪50年代后期直升机就已到前沿阵地参战了。

到20世纪80年代,直升机已成为作战胜利的可靠手段。前苏军的米-24武装直升机,速度快、火力猛、防护力强,号称“空中坦克”。20世纪90年代,直升机已发展到第四代,时速提高,载重大大增加。1991年海湾战争中,多国部队共动用了3900架航空器,其中直升机约有2000架。美国的阿帕奇攻击直升机曾击毁伊拉克近600辆坦克和装甲人员运输车。这种直升机是美国波音公司制造的,它克服了普通直升机速度低的缺陷,是一种低空飞行的短距离战斗机,飞行最大允许速度378千米/小时,最大巡航速度309千米/小时,配备有76枚“九头蛇”火箭,16枚“狱火”式激光制导反坦克导弹和一门30毫米机关炮。这种直升机能全天候作战,主要用来攻击坦克、装甲车和地面部队,在发射火箭和导弹后,能迅速地躲藏起来,使敌方的地面防空炮火很难击中它。

我国已研制成目前世界上体积最小、重量最轻的微型直升机。它是双螺旋桨微型直升机,机身仅长18毫米、高5毫米,机重100毫克,可在两粒花生米大小的飞机场上作垂直起降,这种微型直升机在今后的国防等领域都得到应用。

另外,直升机今后将有可能作为交通工具运送乘客。1999年8月下旬武汉已开通“空中的士”,普通百姓遇有紧急事情,即可申请租用此小型直升机。不过,这种直升机目前仅开通两架,单机乘坐3-4人。目前,莫斯科市政府正计划出资资助一种“空中出租车”KA-226型直升机的生产。

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