方鵬羽

沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是高空、高速飛行的一種極有利的發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是當(dāng)飛行速度M(飛行速度/音速)超過(guò)3.5時(shí)，它的優(yōu)越性就更為顯著。

沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，由于它不需要壓氣機(jī)和渦輪，因此，它的比重就比其他類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)輕得多，且它的迎風(fēng)面積小，外部阻力低。這樣，就勢(shì)必獲得較高的效率。

毫無(wú)疑問(wèn)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)將成為高速飛機(jī)和導(dǎo)彈的動(dòng)力裝置。

沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)看起來(lái)似乎很簡(jiǎn)單(不需要壓氣機(jī)和渦輪)，但它的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)卻是十分困難的。

在設(shè)計(jì)中，先要用理論方法進(jìn)行性能計(jì)算，并要求設(shè)計(jì)點(diǎn)和非設(shè)計(jì)點(diǎn)的性能，大致能與使用特性間的性能相吻合。特別是進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)更為困難，它必須滿足：壓力恢復(fù)系數(shù)高、阻力低、各種迎角下氣流的偏斜度小、很大的速度變化范圍內(nèi)其性能能與燃燒室保持較好的配合、全部使用條件范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作等等的要求。這就給設(shè)計(jì)師們帶來(lái)了一系列新穎而復(fù)雜但又必須考慮解決的問(wèn)題。

此外，沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是用于高空高速的。因此，它的試驗(yàn)應(yīng)盡量保證在與飛行狀態(tài)相近似的條件下進(jìn)行。要做到這一點(diǎn)，就需要建造龐大的試驗(yàn)臺(tái)和超音速風(fēng)洞。其次，為了能使氣流的溫度符合于某一特定飛行速度下的空氣溫度，還必須對(duì)超音速氣流進(jìn)行預(yù)熱。

因?yàn)?，只有?duì)其真實(shí)情況的試驗(yàn)，才能獲得有利于改進(jìn)設(shè)計(jì)的技術(shù)數(shù)據(jù)。否則，就不能充分發(fā)揮沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的潛力。

可以相信：在黨的正確領(lǐng)導(dǎo)和科學(xué)家們不斷努力下，沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)定會(huì)得到更大的發(fā)展和更廣泛地應(yīng)用。

將來(lái)，裝有沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的旅客機(jī)，只要一小時(shí)多的時(shí)間，就能將旅客從北京載到莫斯科。

有人估計(jì)在不久的將來(lái)，所有貨物的運(yùn)輸和旅客交通都可能在空中進(jìn)行。這樣，勢(shì)必要增大運(yùn)輸機(jī)的噸位和長(zhǎng)距離客機(jī)的速度。如何滿足這種要求呢？依靠目前所用燃料的化學(xué)能來(lái)作為推進(jìn)動(dòng)力裝置是不行的。這是因?yàn)椋夯瘜W(xué)燃料的熱值不高，因而產(chǎn)生的推力受到限制。并且燃料的消耗率相當(dāng)大，致使飛行時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)；飛行的距離也就不可能很遠(yuǎn)。目前飛機(jī)的航程大約在6000－12000公里的范圍內(nèi)，且在同一重量下，速度愈大則航程就愈短。

更令人焦慮的是：化學(xué)燃料的儲(chǔ)藏量極為有限，不久就要耗盡。因此，提出利用原子能作為飛行器的動(dòng)力，那就很自然的了。

但是，要想把原子能運(yùn)用到航空事業(yè)中去，還需要解決一聯(lián)串的技術(shù)問(wèn)題。

大家都知道：原子核分裂時(shí)，放射出大量的粒子流。這些粒子流以巨大的速度，撞擊著反應(yīng)堆的墻壁，使其動(dòng)能逐漸消失而變成了熱能。它可以把反應(yīng)堆燒到數(shù)干度。

正因?yàn)檫@樣，就需要用能耐極高溫度的材料來(lái)制造反應(yīng)堆。但到目前為止，還沒(méi)有能很好的解決能夠承受如此高溫的材料。其次，創(chuàng)造小尺寸的輕型的高溫反應(yīng)堆和探尋控制反應(yīng)堆的可靠方法，也都是很困難的。

利用原子核分裂所放出的巨熱，來(lái)使某種液體或空氣加熱，可以獲得大量的高溫氣體。如果讓這些氣體從噴嘴里噴出去。那么，就可以產(chǎn)生像現(xiàn)代噴氣飛機(jī)那樣的反作用推力，從而使飛行器快速前進(jìn)。

圖3沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)圖

原子能發(fā)動(dòng)機(jī)，就是按照這個(gè)原理來(lái)設(shè)計(jì)的，它是由一個(gè)反應(yīng)堆與一個(gè)或幾個(gè)普通發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合組成。發(fā)動(dòng)機(jī)可能是液體火箭式，也可能是渦輪螺旋槳式、渦輪噴氣式或沖壓噴氣式。

原子液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是使一種液體(如液態(tài)氫)加熱，利用它所產(chǎn)生的氣體作為動(dòng)力。

原子渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的工作介質(zhì)也是液體(如水)。水吸收了反應(yīng)堆所放出的熱量，變成了高熱蒸汽，借以推動(dòng)渦輪。渦輪不僅帶動(dòng)壓氣機(jī)工作，而且還帶動(dòng)螺旋槳，使其產(chǎn)生推力。在這以后，蒸汽便流入冷凝器進(jìn)行冷卻。冷卻了的蒸汽，再由泵把它壓入反應(yīng)堆。水就是這樣沿著連接反應(yīng)堆和冷凝器之間的閉合回路不斷地循環(huán)著。

原子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是最有可能實(shí)現(xiàn)的一種，它可以分為兩類(lèi)：一種是開(kāi)口循環(huán)反應(yīng)堆(見(jiàn)圖4)。它是直接由外來(lái)的通過(guò)壓氣機(jī)的空氣冷卻，流過(guò)反應(yīng)堆的空氣被加熱到高溫，并以巨大的速度從噴嘴噴出，借以產(chǎn)生反作用推力。

圖4渦輪式開(kāi)口循環(huán)原子能發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖

這種循環(huán)的輻射很強(qiáng)，所以增加了遮護(hù)困難。

另外一種是閉口循環(huán)反應(yīng)堆(見(jiàn)圖5)，這里有用很多小截面積的管子組成的換熱器，管子里環(huán)流著傳熱體(氦、重水或液態(tài)鈉)，傳熱體通過(guò)了反應(yīng)堆吸收了熱量，把它帶到換熱器中，傳給從換熱器中通過(guò)的空氣。

圖5渦輪式閉口循環(huán)原子能發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖

在換熱器中加熱的空氣，放射性很少，并能同時(shí)加熱大量空氣，以增大推力和加快飛行速度。

上述兩種循環(huán)的原子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的裝置，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。很顯然，軍用機(jī)或無(wú)人駕駛的火箭，采用重量較輕的開(kāi)口循環(huán)較為適宜。如果是旅客機(jī)，當(dāng)然采用放射性較少的閉口循環(huán)。

原子沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是由外來(lái)空氣通過(guò)進(jìn)氣道，依靠動(dòng)壓頭來(lái)壓縮的空氣冷卻反應(yīng)堆，通過(guò)反應(yīng)堆的高熱氣體，直接從噴嘴向后噴出，以產(chǎn)生巨大的反作用推力。

但是，這種發(fā)動(dòng)機(jī)不能獨(dú)立起動(dòng)，必須安裝幫助起飛的他種發(fā)動(dòng)機(jī)。

航空原子動(dòng)力裝置的反應(yīng)堆，最好是采用快速中子反應(yīng)堆。因?yàn)樗亓枯^輕，又不需要減速劑，也沒(méi)有素的毒化作用。

但采用這種反應(yīng)堆也還有一些缺點(diǎn)：必須用富鈾(即含U235很高的鈾)作為燃料；一般并用液體鈉或鈉鉀合金作為傳熱劑。這兩種傳熱劑通過(guò)反應(yīng)堆，都產(chǎn)生丙種射線的輻射，增加了遮護(hù)的困難。有時(shí)為了使遮護(hù)重量減輕，可以采用兩個(gè)換熱器，這或許會(huì)更有利些。

用鋰作傳熱劑，雖然它沒(méi)有丙種射線的輻射，但它的傳熱系數(shù)很小，一般并不采用。

當(dāng)然，如果原子能的核聚反應(yīng)能夠研究成功的話，毫無(wú)疑問(wèn)，這種動(dòng)力裝置對(duì)于飛行器最為相宜。

裝著原子發(fā)動(dòng)機(jī)的原子飛機(jī)的制造，雖然還存在著很多問(wèn)題，但在優(yōu)越的社會(huì)主義制度和科學(xué)家們忘我的勞動(dòng)以及不倦的努力下。不久的將來(lái)——明年或者后年，世界上第一批原子飛機(jī)就會(huì)從蘇維埃的領(lǐng)土上起飛。

目前，蘇聯(lián)已經(jīng)完成了原子飛機(jī)的試飛任務(wù)。這方面的科學(xué)成就，蘇聯(lián)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過(guò)了美國(guó)。

(續(xù)完)