噴氣飛機

噴氣飛機

噴氣飛機的英文名稱為:jetairplane,噴氣飛機是用噴氣發動機向後噴射高速氣流以產生推力的飛機。軍用教練機、預警機、空中加油機也都是噴氣飛機。在民用方面,噴氣飛機首先用於遠程航線,以後又發展到中、短程航線。在通用航空中,噴氣飛機也日益增多,特別是在要求快速、舒適的公務機中,噴氣飛機的數量增長很快。

概況

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用噴氣發動機向後噴射高速氣流以產生推力的飛機。按使用的噴氣發動機類型的不同分為渦輪噴氣飛機、衝壓發動機噴氣飛機、火箭飛機和組合動力裝置的噴氣飛機。現代使用的噴氣飛機幾乎都屬渦輪噴氣飛機,它是指以渦輪噴氣發動機渦輪風扇發動機為動力裝置的一類飛機。其他各類噴氣飛機僅少量用作靶機無人駕駛飛機試驗研究機

簡史

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第一架火箭飛機是德國的亨克爾176(He-176),於1939年6月15日首次試飛。同年8月27日第一架渦輪噴氣飛機(He-178)試飛成功。它裝有一台軸流式渦輪噴氣發動機,僅用作試飛。1941年英國試飛了一架裝一台離心式渦輪噴氣發動機的飛機(E-28/39)。

第二次世界大戰末期已有少量噴氣飛機開始服役,最早投入作戰使用的火箭飛機是德國的Me-163B(1944年首次試飛)。它的最大時速960公里,由於耗油率太大,在空中只能飛行 8~10分鐘。最早使用的渦輪噴氣飛機是德國的Me-262和英國的“流星”號。它們都裝有兩台渦輪噴氣發動機,單台推力約8830牛(900公斤力),速度分別為871公里/時和794公里/時,超過當時最快的活塞式戰鬥機的速度(750公里/時)。

戰後,各國研製的噴氣戰鬥機大量服役,很快取代了活塞式戰鬥機。這些飛機安裝的是渦輪噴氣發動機,但外形與螺鏇槳飛機仍相似,最大速度為900公里/時。40年代末,渦輪噴氣發動機的推力增大,再加上採用後掠機翼,噴氣飛機的速度增加到1000公里/時左右。這一時期代表性的飛機有美國的F-86、B-47和蘇聯的米格等。50年代的噴氣戰鬥機採用了帶加力燃燒室的渦輪噴氣發動機和符合面積律要求的飛機外形,速度超過音速,並很快達到兩倍音速。晚些時候又出現超音速噴氣轟炸機偵察機等。代表性的超音速噴氣飛機有:美國的F-4和F-104、蘇聯的米格 21、法國的“幻影”3等。在這一時期還廣泛研究和試驗了其他類型的噴氣飛機。1947年10月14日美國的一架用於研究超音速飛行的火箭飛機 X-1首次突破音障,飛行速度達到馬赫數1.015。1967年X-15A火箭飛機在3萬米高空創造了馬赫數 6.72的載人飛機速度紀錄。1949年法國試飛第一架衝壓發動機的噴氣飛機“呂達克”,1953年又試飛一架衝壓與渦輪噴氣組合動力的噴氣飛機。渦輪噴氣飛機的速度紀錄是由美國的SR-71A飛機在1976年7月28日創造的,為3529.56公里/時。

發展歷程

隨著航空業的不斷發展,世界上許多飛機設計師都在探索使飛機飛得更快的辦法。他們在實踐中發現,活塞式飛機已接近時速750千米,升限12000米的極限。要使飛機飛得更快更高,必須更換發動機。於是,噴氣式飛機誕生了。

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世界上最早提出噴氣推進理論的是法國的馬克尼上尉和羅馬尼亞的亨利·康達。康達還在1910年前後試製過最早的噴氣式飛機,但未能成功。

20年代末,當時任英國空軍教官的弗蘭克·惠特爾提出了噴氣發動機的構想,並於1930年申請了專利,但當時惠特爾的構想聽起來就象把人送上月球一樣難以令人置信,飛機製造商們對此不感興趣。直到1935年事情才有了轉機,惠特爾得到一些空軍人士的支持和銀行家的資助,得以成立“動力噴氣有限公司”。1935年6月,惠特爾開始設計製造真正的噴氣發動機。他和同事們一起從零開始,一個部件一個部件地研製,終於製造出第一台渦輪噴氣發動機運轉起來。

幾乎與惠特爾同時,德國的馮·奧亨也在研製渦輪噴氣發動機,並在1937年9月使發動機第一次運轉成功。由於得到亨克爾飛機公司的支持,裝有馮·奧亨研製的Hes3B渦輪噴氣發動機的He178飛機於1939年8月27日首次試飛成功,成為世界上第一架噴氣式飛機

最早發明噴氣式飛機的是德國飛機設計師。1939年,飛機設計師亨克爾找到研製噴氣式發動機屢遭挫折的奧海因尋求合作,兩人一拍即合。奧海恩是位燃氣渦輪專家,他從1934年起就開始研製渦輪發動機,並取得了一定的進展,這次跟亨克爾合作非常興奮。兩位有志青年密切配合,協調工作,一個設計飛機,一個設計燃氣渦輪發動機,研究工作進展順利。1939年8月27日,兩人心血的結晶He-178噴氣式戰鬥機試飛成功,它標誌著人類航空中上噴氣飛行時代的到來。

德國另一位飛機設計師維利·梅塞施米特研製的Me-163“彗星”噴氣式戰鬥機幾經周折,最終還是受到德國空軍的青睞。這位曾設計了二戰名機Me-109的著名設計師,深受德國當局信任。研製噴氣式戰鬥機的任務實質上是政府給他下達的。1941年春,“彗星”噴氣式戰鬥機試飛成功。當天觀看試飛的有德國空軍戰鬥機總監加蘭德將軍。這位掌握著“彗星”生殺大權的將軍,面對這架“怪鳥”般外形的飛機疑竇頓生:這玩藝行嗎?然而,事實令他對其利目相看,飛機輕鬆地飛出了時速650千米。在此後的試飛中,“彗星”曾創造了時速1003千米的高速度。於是,德國當局命令加速研製並生產這種噴
氣式戰鬥機。

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而英國空軍在惠特爾的“U”型噴氣發動機運轉成功之後,仍認為這種新型發動機只是一個遠期構想,不必操之急,因而在噴氣式飛機的研製上落在了德國的後面。直到1941年5月15日,英國的第一架噴氣式飛機才在一片喧鬧聲中首次起飛。

1942年8月,“彗星”試飛完畢,定型生產。該機使用的噴氣發動機可產生2000千克推力,飛行最大時速可達953千米,裝有2門航炮。“彗星”參戰是在德軍日漸潰敗的1944年的一天,“彗星”便以它獨特的高速優勢一舉擊落了3架美國先進的戰鬥機P-51,緊接著又“幹掉”了2架B-17轟炸機。一時間,“彗星”噴氣式戰鬥機在空中戰場上聲名大噪。

然而,噴氣式戰鬥機畢竟還是一項嶄新的技術。“彗星”除在速度上占有優勢外,許多方面的性能遠不及當時優秀的活塞式戰鬥機。同盟國在研究了解“彗星”後,很快找到了它的弱點並進行了堅決巧妙的反擊,使“彗星”無法發揮作用,成了“短命鬼”。但勿庸置疑,“彗星”作為世界上最早的噴氣式戰鬥機,在人類的航空史上具有特殊的位置。

1942年,梅塞施米特研製的另一種噴氣式戰鬥機Me-262,其性能就有明顯提高。它裝有2台容克公司提供的渦輪噴氣發動機,共產生的推力達1800千克,試飛時速為960千米,成為世界上最早的實用型噴氣式戰鬥機。1944年6月投入空戰後第一個月就創下了不菲的戰績,使盟軍22架飛機機毀人亡,德國空軍飛行員自豪地稱它為“空中之王”。

二戰期間,盟軍裝備部隊的噴氣式戰鬥機只有英國製造的“流星”。其實渦輪噴氣式發動機的專利是英國人惠特爾於1930年代獲得的。由於英國當局不夠重視,噴氣戰鬥機的研製工作進展十分緩慢,反被德國人後來居上。直到1943年3月,被命名為“流星”的噴氣戰鬥機才試飛成功。這是世界上繼德國Me-262後第二種實用型噴氣戰鬥機。第一批產品的最大時速為675千米,此後不斷改進,主要是噴氣發動機的技術日趨成熟,使“流星”的最大時速達793千米。

“流星”和Me-262兩種噴氣式戰鬥機,分別裝備了盟軍和德國軍部隊,但它們未能在二戰的空中舞台決出雌雄。

噴發動機的誕生,為人們追求更快、更高的飛行目標提供了可靠的動力。噴氣式飛機一誕生,就接二連三地打破了活塞式創造的飛行速度和高度的記錄。1944年,德國和英國的首批噴氣式戰鬥機投入使用。1949年,第一架噴氣式民航客機──英國的“彗星”號首次飛行。從此,人類航空史進入了噴氣機時代。到今天,世界上絕大部分作戰飛機和幹線民航客機都早已實現了噴氣化。

原理

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飛機所需的推進功率按速度的三次方增長,接近音速時需用功率的增長還要更快。螺鏇槳飛機不能作高亞音速和超音速飛行,因為螺鏇槳在高速飛行時效率急劇下降,同時活塞式發動機所能輸出的功率太小,滿足不了高速飛行的需要,即便是代之以功率較大的渦輪軸發動機,螺鏇槳能吸收的功率也是有限的。噴氣飛機的巨大推進功率和在高速飛行時的推進效率使它成為高速飛行、特別是超音速飛行的理想航空器。在高亞音速範圍內,裝有渦輪風扇發動機的噴氣飛機,經濟性高於螺鏇槳飛機。絕大多數螺鏇槳飛機的發動機和螺鏇槳都裝在機翼短艙或機身頭部,渦輪噴氣飛機的發動機安放則方便靈活得多,典型的位置有:機翼下的吊艙內、機身尾部兩側的吊艙內和機身尾部內。主要考慮因素是發動機進氣、排氣的效率和使用安裝方便。渦輪噴氣發動機耗油多,所以飛機載油量大,遠程噴氣飛機載油量可高達飛機總重的一半以上,大量的燃油不僅裝在機翼內,還裝在機身內,在噴氣殲擊機上還要吊掛多個外部副油箱。噴氣飛機在低速飛行時效率比較低,起飛著陸性能比較差。現代大型噴氣客機須在長3000米以上的跑道上起降。為改善起飛著陸性能,現代噴氣飛機普遍使用反推力裝置、著陸減速傘和複雜的增升裝置。噴氣飛機產生的巨大噪聲和大量排氣污染影響生活環境。 火箭飛機裝火箭發動機,自帶助燃劑。它在空氣稀薄的大氣層頂端仍可飛行。由於噴流速度極高,只有在高空以 5倍以上音速飛行才是經濟的。衝壓發動機噴氣飛機不能自行起飛,其發展受到限制。渦輪和衝壓發動機的組合動力裝置就是克服這一缺點的一種嘗試。
噴氣飛機

CRJ系列是由龐巴迪宇航集團提供的民用支線噴氣飛機,包括50座的CRJ-1OO/200、7O座的CRJ-700、90座的CRJ-900。龐巴迪也是目前唯一能提供40座到90座支線噴氣飛機系列的公司。

CRJ200於1995年推出,是目前的標準生產型,具體型別有CRJ200標準型、加大航程的CRJ200ER及航程更大的CRJ200LR,其航程可達3700公里。1996年1月15日開始交付使用。

CRJ-200支線噴氣飛機

套用

噴氣飛機噴氣飛機留下的煙霧
渦輪噴氣飛機因高速飛行的經濟性和優異的超音速性能,在軍用民用航空中得到廣泛套用。在軍用飛機中,不僅超音速殲擊機和轟炸機是噴氣式的,而且航程遠、裝載量大的高亞音速軍用運輸機也多是噴氣飛機。渦輪噴氣發動機的巨大功率和較輕的重量(高推重比)可以增加飛機的載重量,例如C-5A運輸機重量348噸,最大載重量可達120噸,為了改善巡航經濟性和起飛性能而裝有4台高流量比的渦輪風扇發動機,每台靜推力為 182400牛(18600公斤力)。在超音速殲擊機上多採用1~2台帶加力燃燒室的渦輪風扇發動機,裝在機身尾部,飛機以加力狀態進行超音速飛行,以非加力狀態進行亞音速飛行。軍用教練機預警機空中加油機也都是噴氣飛機。在民用方面,噴氣飛機首先用於遠程航線,以後又發展到中、短程航線。在通用航空中,噴氣飛機也日益增多,特別是在要求快速、舒適的公務機中,噴氣飛機的數量增長很快。噴氣客機除載重量大、速度快、經濟和安全可靠外,由於其飛行高度高(高空氣流平穩)、發動機振動小,也更易於創造舒適的環境。火箭飛機的套用僅限於科學研究領域。

首架國產噴氣飛機

首架國產噴氣飛機ERJ145

2007年9月28日上午,海航旗下的大新華快運航空公司在哈爾濱接收了首架國產噴氣飛機ERJ145。這是全球第三大商用飛機製造商———巴西航空工業公司在全球交付的第1000架ERJ145噴氣飛機。這架飛機是由巴西航空工業公司和中航二集團合資成立的哈爾濱安博威飛機工業有限公司總裝交付的。

據介紹,首架ERJ145飛機的主要運力集中於天津。本次購機是由海航集團長江租賃公司直接購機並租賃給大新華快運運營。這是國內租賃企業首次通過直接購機租賃的方式引進合資生產的飛機。

航空器——按構造分類

航空器——按構造分類。

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