曾達(dá)生

對(duì)于現(xiàn)代飛機(jī)來(lái)說(shuō)，要求不斷的增加飛行速度、高度和距離。但是直到目前，還沒(méi)有造出同時(shí)具有這些性能的飛機(jī)。如果要求飛機(jī)以高速飛行，就需要有強(qiáng)大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，消耗大量的燃料，很快地就把飛機(jī)上所帶的燃料用完。在這種情況下，盡管飛行速度很大，飛行的距離還是不會(huì)很遠(yuǎn)。

怎樣來(lái)解決飛機(jī)既飛得快而又飛得遠(yuǎn)的問(wèn)題呢？

目前有一種空中加油方法。一架裝滿燃料的飛機(jī)起飛去與運(yùn)行中的飛機(jī)會(huì)合，并用特殊裝置將燃料輸給它。用這種方法在一定程度上可以增加飛行距離。很顯然，這方法不是每時(shí)每刻都辦得到的，它還不能最終解決飛得遠(yuǎn)的問(wèn)題。

要知道，飛行速度愈高，要求發(fā)動(dòng)機(jī)的功率也就愈大。因此對(duì)于超音速飛行，燃料的消耗量就更多。

要想解決超音速飛機(jī)作遠(yuǎn)距離飛行的問(wèn)題，只有采用核燃料作動(dòng)力。因?yàn)檫@種燃料含有巨大的能量。例如，1克鈾－235含有的能將近2噸煤油的能量。也就是說(shuō)，核燃料的消耗比煤油消耗低200萬(wàn)倍。相形之下，在任何機(jī)械中應(yīng)用這類燃料，其消耗量是微不足道的。由此看來(lái)，若在飛機(jī)上用這種燃料作動(dòng)力，就可作長(zhǎng)期遠(yuǎn)距離的飛行。

在蘇聯(lián)早就把原子能用作動(dòng)力了，還在1954年6月27日就建成了世界上第一個(gè)原子能發(fā)電站。已于9月12日離開(kāi)船廠的“列寧”號(hào)原子破冰船，它無(wú)需補(bǔ)充燃料就可航行一年以上。而它每天消耗的核子“燃料”僅四十五克(約一兩半)。至于原子能用于航空上，蘇聯(lián)科學(xué)家也早就在從事這一偉大的工作。蘇聯(lián)科學(xué)家早就說(shuō)過(guò)，蘇聯(lián)的原子飛機(jī)第一次正式飛行預(yù)料將在1959－1960年實(shí)現(xiàn)。那么，現(xiàn)在看來(lái)，原子飛機(jī)的正式飛行時(shí)刻，就快來(lái)臨了。

下面介紹幾種原子發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方案，這些方案都是利用原子能加熱工質(zhì)來(lái)產(chǎn)生推力的。

1.原子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

一般渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的原理是：空氣經(jīng)壓氣機(jī)壓縮后進(jìn)入燃燒室，向燃燒室內(nèi)注入燃料并燃燒，燃燒后的產(chǎn)物沖向渦輪而帶動(dòng)壓氣機(jī)，之后，燃?xì)饨?jīng)尾噴口流到大氣中。借助空氣進(jìn)入的速度和燃?xì)鈬姵龅乃俣炔疃a(chǎn)生推力。

這一原理也可用于原子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。在圖1中，空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后，經(jīng)壓器機(jī)2，被壓縮的氣體沿著導(dǎo)管進(jìn)入反應(yīng)堆3，空氣加熱后又沿另外的導(dǎo)管流到渦輪5，通過(guò)渦輪時(shí)作功而帶動(dòng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，用過(guò)的氣體以很大的速度從噴口流出而產(chǎn)生推力。很明顯，這里的“工質(zhì)”就是空氣，空氣的加熱是由反應(yīng)堆直接進(jìn)行。

圖1裝有兩臺(tái)原子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)的總視圖及方案圖

1.進(jìn)口錐2.壓氣機(jī)3.反應(yīng)堆4.控制棒護(hù)套5.渦輪6.尾噴口

圖2裝有液體金屬傳熱體的原子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

1.反應(yīng)堆2.控制棒3.液體金屬供給泵4.換熱器5.進(jìn)口錐6.壓氣機(jī)7.渦輪8.尾噴口

空氣的加熱也可以通過(guò)換熱器，圖2就是這種裝置。在圖2中，空氣經(jīng)壓氣機(jī)6壓縮后，進(jìn)入換熱器4，在換熱器中空氣獲得熱量。這熱量是高溫液體金屬載熱體(由反應(yīng)堆加熱的)流過(guò)換熱器時(shí)傳給的。被加熱的空氣經(jīng)渦輪7從噴口8噴出。

載熱體除液體金屬(如水銀等)外，還可使用惰性氣體(如氦氣)。如圖3中，炙熱的氦氣從反應(yīng)堆7內(nèi)流出，經(jīng)過(guò)氦氣渦輪3作功而帶動(dòng)壓氣機(jī)，然后，氦氣進(jìn)入換熱器5中并將熱量傳給空氣。熱空氣由噴口噴出而產(chǎn)生推力。圖中箭頭方向?yàn)榭諝饬飨颉?/p>

圖3裝有兩臺(tái)氦氣渦輪傳動(dòng)空氣壓氣機(jī)的原子發(fā)動(dòng)機(jī)

1.進(jìn)口錐2.空氣壓氣機(jī)3.燃?xì)鉁u輪4.燃?xì)鈮簹鈾C(jī)5.換熱器6.尾噴口7.原子反應(yīng)堆8.控制棒護(hù)套

2.原子渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)

圖4為原子渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方案。在發(fā)動(dòng)機(jī)中，用從反應(yīng)堆5內(nèi)流出的水銀通過(guò)渦輪4來(lái)作功，帶動(dòng)壓氣機(jī)3和螺旋槳1，螺旋槳的旋轉(zhuǎn)就產(chǎn)生了主要使飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的拉力。用過(guò)的水銀跑到冷凝器8中，冷凝后由泵7又送回到反應(yīng)堆。

圖4裝有水銀渦輪的原子渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)

1.空氣螺旋槳2.減速器3.空氣壓氣機(jī)4.水銀渦輪5.反應(yīng)堆6.控制棒7.水銀泵8.冷凝器9.尾噴口

圖5為裝有4臺(tái)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的原子飛機(jī)。在飛機(jī)中裝有一個(gè)反應(yīng)堆，內(nèi)裝有水，可利用反應(yīng)堆發(fā)出的熱量直接加熱水。水汽化后流向渦輪，其工作完全與圖4所示的一樣。所不同的是，這里是用水蒸汽帶動(dòng)渦輪。

圖5裝有水反應(yīng)堆及四個(gè)渦輪螺旋槳蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)方案

1.蒸汽鍋型的水反應(yīng)堆2.裝有傳動(dòng)裝置的控制棒3.蒸汽渦輪4.冷凝器5.水泵6.螺旋槳7.減速器8.空氣壓氣機(jī)9.尾噴口

3.原子沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)

圖6所示就是原子沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。在圖6中除裝有原子沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)外，還裝有原子火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。所以在這種飛機(jī)中裝有兩個(gè)反應(yīng)堆。為什么這里還要裝原子火箭發(fā)動(dòng)機(jī)呢？原因就在于，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)只有在運(yùn)動(dòng)時(shí)才能產(chǎn)生推力。要達(dá)到高速，首先是飛機(jī)要升到空中，再逐漸加速達(dá)到所需要的速度。這里的原子火箭發(fā)動(dòng)機(jī)就是為了起飛和加速用的。

圖6裝有兩臺(tái)原子沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)及一臺(tái)原子火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的視圖及方案圖

1.進(jìn)口錐體2.沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的反應(yīng)錐3.控制棒4.尾噴口5.火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的反應(yīng)堆6.泵7.液態(tài)氫儲(chǔ)箱8.氣態(tài)核燃料的供給9.反應(yīng)堆中子源10.反應(yīng)堆的冷卻

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作是，液態(tài)氫(工質(zhì))從儲(chǔ)箱7中出來(lái)，通過(guò)泵6而進(jìn)入火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的反應(yīng)堆5，液態(tài)氫被加熱汽化后從噴口4噴出而產(chǎn)生推力。由于液態(tài)氫沸點(diǎn)很低(－259°)，因此通過(guò)反應(yīng)堆時(shí)，除本身獲得熱外，對(duì)反應(yīng)堆講，是一種很好的冷卻劑。

原子沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作最簡(jiǎn)單。將前面進(jìn)來(lái)的氣體經(jīng)過(guò)擴(kuò)壓后引到反應(yīng)堆2，然后，炙熱的氣就以很高的速度(超過(guò)飛行速度)從尾噴口噴出而產(chǎn)生推力。

這里介紹的只是很少的幾種原子發(fā)動(dòng)機(jī)，沒(méi)有包括所有原子發(fā)動(dòng)機(jī)的方案。盡管這是簡(jiǎn)單的介紹，但是還可初步看出制造航空原子發(fā)動(dòng)機(jī)的可能道路。

裝有這類發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)，由于要有很厚的防護(hù)層來(lái)保護(hù)人員的安全，因此都是很重很大的飛機(jī)，圖7中所示就是一例。

圖7