《航空动力学报》
航空动力的重要性,诚如航空科学先驱、英国爵士乔治?凯利所言:“全部问题是给一块平板提供动力,使之在空气中产生升力,并支持一定的重量。”
乔治·凯利
早期的航空先驱曾欲以蒸汽机为飞机动力,因效率过低而失败。内燃机的发展开辟了航空动力的“活塞时代”。在上世纪中叶,喷气式发动机出现,它利用燃料燃烧气体排出过程中所产生的反作用力作功,并成为现代航空器的主流动力装置。
喷气式飞机
下面以时序为主,精选事件,辅以人物,配加综述,把发展阶段、产品和专业这三个要素相结合,去勾勒航空动力的发展简史。
1、古代发明
古希腊希罗(公元10-70年)发明汽转球——一种利用蒸汽喷射的反作用力驱动物体旋转的装置;可视为人类最原始的涡轮机。中国宋代出现的爆竹和走马灯,蕴含喷气推进和涡轮机学理。
2、牛顿定律的创立
1687年,英国艾萨克?牛顿发表《自然哲学的数学原理》,创立三大定律。其中的第三定律“作用力与反作用力”——“当两个物体相互作用时,彼此施加于对方的力,其大小相等、方向相反”,成为航空发动机的重要科学基础之一。
艾萨克·牛顿
3、浮力作为一种动力形式被利用
1783年,法国约瑟夫?蒙哥尔斐和艾迪安?蒙哥尔费兄弟制作的热气球实现首次载人飞行。浮力作为航空器的一种动力形式,被认识和有效利用。
热气球
4、热力学和工程热力学诞生
1841年始,德国J?R?迈尔先后发表5篇论文,创建能量守恒定律的理论基础,并推导出热功当量。1843年,英国詹姆斯?普雷斯科特?焦耳发表《关于电磁的热效应和热的功值》,经过多年研究与实验,发现热和功之间的转换关系,测定了热功当量,证实能量守恒定律。18世纪后期,热力学以及作为热力学分支的工程热力学诞生,奠定了航空动力事业的科学基石。
5、以蒸汽机为航空动力装置的探索
作为“万能的原始动力”,以蒸汽机为动力装置的飞机设计先后出现。
6、喷气发动机设想与雏形初现
1908年,法国雷恩?洛兰提出喷气发动机设想——在活塞发动机的排气阀上接一喷管,通过喷管将燃气向后喷射产生反作用力推动飞机飞行。
1910年,罗马尼亚的亨利?科恩达制成一架名为“科恩达1910”的螺旋桨双翼机,采用活塞发动机,带动一个管道内风扇转动,驱动空气向后喷出,产生反作用推力,可认为是喷气发动机的雏形。
7、内燃机的发明与应用
1876年,出生于法国的德国发明家罗斯·奥古斯特·奥托制造出世界第一台四冲程内燃机。1886年,德国卡尔·本茨将改进后的奥托内燃机用于三轮汽车,开辟汽车时代,昭示航空用活塞式发动机的前景。
8、世界第一台上天的飞机发动机
1903年,莱特兄弟的\"飞行者一号\"试飞成功,使用的是由查尔斯?泰勒改制的水平直列式4缸水冷发动机,功率8.95千瓦,重量81千克,功重比0.11(发动机功率与质量之比,单位千瓦/千克,可隐去单位,以下同),为世界上第一种上天的活塞式飞机发动机。
9、开启活塞时代
从1903年首次动力飞行,到第二次世界大战结束,称为航空活塞时代。活塞式发动机加上螺旋桨,构成所有战斗机、轰炸机、运输机和侦察机的推力系统;活塞式发动机加上旋翼,构成直升机的动力系统。著名活塞发动机有:英国梅林V型12缸液冷式发动机,功率1120千瓦,用于“飓风”“喷火”和“野马”战斗机。美国普·惠公司的“黄蜂”系列星形气冷发动机,气缸7~28个,功率970~2500千瓦,用于多种战机;其中,“超级空中堡垒”B29轰炸机采用R-4360星型28缸气冷活塞发动机。