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[图帖] 历史上最早的喷气式发动机诞生于古希腊数学家之手[5P]

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历史上最早的喷气式发动机诞生于古希腊数学家之手[5P]

喷气发动机(Jet engine)是一种通过加速和排出的高速流体做功的热机或电机。它既可以输出推力,也可以输出轴功率。

大部分喷气发动机都是依靠牛顿第三定律工作的内燃机,但也有一些例外。常见的喷气发动机有涡轮风扇发动机、涡轮喷气发动机、火箭发动机、冲压发动机、脉冲压式喷气发动机等。

公元前400年,毕达哥拉斯的信徒阿尔希塔斯就尝试过制造一个喷气装置,使一个木鸟沿线飞行,可是因为推力不足而失败了。

历史上最早的喷气发动机被认为是古希腊数学家亚历山大利亚的希罗(Hero of Alexandria)在公元1世纪发明的汽转球。它通过安装在金属球上的两个喷嘴喷出蒸汽使球转动。不过它只能输出很少的一点功率,只是一个玩具。

13世纪时中国已经出现了使用黑火药作为推进剂的火箭。他们常被作为礼花和军用火箭的推进器。最早的实用火箭发动机出现。此后的时间里,火箭的发展断断续续。

自17世纪起,就有人尝试使用蒸汽动力或者内燃机实现可以在航空器上使用的喷气式发动机,如亨利·科安德的Coanda 1910。但是均以失败告终。

这个时期人们开始尝试混合式的喷气发动机。用一台常规的活塞发动机驱动风扇压缩空气,并在后面的空间里点燃燃气推进。这样的例子包括Coanda 1910、Campini Caproni CC.2、和日本用在神风特攻队的津-11发动机。这个时代的尝试被称为热喷射发动机(Motorjet)。这种发动机虽然结构简单,但是重量很大,推力不足,实用性很差。

解决问题的关键是使用由燃气驱动的涡轮来驱动压缩机,这样就可以省略掉热喷气发动机里面多余的活塞发动机并且提供更大的推力。这样的想法类似于燃气轮机。1903年挪威人Ægidius Elling发明了燃气轮机。但是这种技术还不能应用在喷气发动机上,因为当时的材料还不能生产这样的发动机,并且在安全性和连续工作性上还有很多问题。  其他的解决方法这时候也在进行着。奥匈帝国的Albert Fonó在1915年设计了一种通过燃气和压缩空气来提高炮弹射程的装置。这种装置通过变截面的进气道将炮弹高速飞行时的气流压缩并点燃,从而提供推力。奥匈帝国军队最终没有采取它的设计,于是他于1928年在德国注册了超音速冲压发动机的专利并在1932年获得通过。冲压发动机因此诞生。

1921年,法国人马克西姆·纪尧姆获得了第一个喷气发动机的专利。他的设计类似轴流式喷气发动机。

1923年,美国国家标准局发表的一份报告怀疑了喷气发动机的作用。报告认为喷气发动机对于当时的低空飞行没有什么经济价值,甚至指出"现在看来,在目前,任何可能的喷气推进器都没有什么实际价值,甚至在军事用途上。"

1928年,英国克伦威尔皇家空军学院的弗兰克·惠特尔提出了新的喷气发动机设计。1930年1月,惠特尔提交了喷气发动机的设计专利并且在1932年获得了专利。惠特尔的设计是将两级轴流式压气机装在一个大型的离心式压气机前面,并由涡轮驱动。后来惠特尔去掉了前面的轴流压气机而使用一个更大的离心压气机。1937年这种发动机进行了实验,但是因为燃料泄漏故障而没有成功。因为英国政府没有兴趣,惠特尔的设计被搁置了。

与此同时,德国的汉斯·冯·奥安在德国进行着完全独立的设计。起初奥安的发动机是用电力驱动的,他的目的只是为了演示这种发动机的可行性。奥安后来加入了正在寻找喷气式发动机设计的亨克尔公司,并且试制了新的发动机。新的发动机最初使用氢作为燃料,后来改用了普通的航空燃料。他可以提供5kN的推力。1939年8月27日,飞行员Erich Warsitz驾驶着装着奥安喷气发动机的He-178从Rostock-Marienehe机场起飞。这是人类历史上第一架喷气式飞机。

使用离心式喷气发动机的英国喷气战斗机和使用火箭式和轴流式喷气发动机的德国战斗机都参加了第二次世界大战晚期的战斗。性能较为先进的德国喷气战斗机取得了优秀的战果。促使航空器在后来的时代迅速转向喷气时代。
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