Zi 字媒體

噴氣式飛機是由噴氣式發動機推動飛行的飛機，它的原理是空氣和煤油在燃燒室燃燒后所產生的大量高溫高壓氣體向後噴射的作用力與外部空氣形成反作用力，而推動飛機前進的。世界第一架噴氣式戰鬥機是由德國於1939年首先研製出的。安裝有德國的科學家馮·奧亨研製的噴氣發動機的He—178型飛機是世界上第一架噴氣式飛機。該機於1939年8月27日首次試飛－但是是實驗性的驗證機。噴射時代的黎明給主要機場附近的天空掛上了濃厚的黑煙尾跡。由於噴射引擎的持續創新，這些黑羽狀廢氣在大氣層中已基本消失。這裡是自從噴射引擎在差不多75年前發明以來，它們在視覺和生態特徵上驚人變化的故事。噴射引擎是上世紀最大的技術變革之一。它們對運輸的加速超越了以前的任何事物，以至引發了現代文化和社會的變遷。但並非所有噴射引擎都是一樣的。眾所周知有些飛機，特別是老式飛機，比其它飛機產生更多可見排放。不管你是更關心技術進步還是環保，看看自從噴射動力飛機首飛以來發生了什麼變化都是很有意思的。一台噴射引擎排放中的可見部分是高度壓縮的空氣、非常高的溫度、燃燒后的燃料的結果，在某些煙特別濃的極端情況下，還來自注入混合物的水。下面就是眾所周知很多老式噴射引擎尤其在起飛時，會比新型號冒出更多漆黑刺鼻煙霧的原因。第一種進入廣泛商業應用的噴射引擎是渦輪噴射引擎，它們的設計中沒有納入旁通。旁通在本質上就是繞過引擎核心機的空氣。渦噴引擎就其性質而言，沒有空氣從旁通過引擎，而是全都進入系統。一台渦噴實質上就是一台渦輪風扇的引擎核心機。渦噴由壓縮機段和燃燒室段組成，空氣被壓縮增加密度，然後被擠進燃燒室。在那裡稠密的空氣與燃油混合併被點燃。燃燒產生力量轉動核心機後方的渦輪。所以，在渦噴上所有的空氣都通過壓縮機，根本就沒有旁通。現在我們再看渦扇。有旁通的渦扇和渦噴之間的區別正如其名稱所指，一些空氣會從引擎核心機(也叫做熱端部件，因為那裡就是燃燒發生的地方)旁通過。在低旁通(或稱涵道比)渦扇設計中，引擎核心機進氣口和引擎罩外部之間的空間比高涵道比渦扇引擎更小。這使得低涵道比渦扇能裝進更小的物理尺寸，對於小型戰鬥機來說很理想，但這種設計的效率沒有高涵道比型號高。低涵道比比高涵道比更早出現，而且因為前面提到的較小物理尺寸、使用加力燃燒器的能力、運行在超音速的能力、以及更高的推重比，至今仍然在軍用飛機上廣泛使用。美國空軍花費巨大代價在B-52H轟炸機上維護著相對低效和聲名狼藉地煙熏的低涵道比渦扇，無視很多用高涵道比渦扇替換機隊引擎的提案。B-52預期還要在美國空軍再持續服役幾十年。德高望重的波音707在其歷史上渦噴、低涵道比渦扇和高涵道比渦扇引擎都裝過。707在1957年初次飛行，是波音史上第一架噴射動力客機。在隨後的三十年間建造了超過一千架商用和軍用(包括E-3哨兵預警機和KC-135同溫層油箱空中加油機)的不同變種，其中許多今天仍在服役。一台渦扇的涵道比用數字來表示，普惠JT3D(1959年首次試飛)低涵道比渦扇有1.42:1的涵道比，相比之下，現代的普惠PW4000高涵道比渦扇的涵道比是5.3:1，它在不同的現代客機中都有使用，包括空客A330，波音747和波音777。更大的數字錶示旁通過引擎核心機的空氣比例更大。除了冒出很多滾滾濃煙，渦噴和低涵道比渦扇還能安裝加力燃燒器使過熱空氣和燃料產生更猛烈的燃燒。加力燃燒器安裝在引擎核心機下游，通過向廢氣流傾倒燃料再次加熱廢氣。這麼乾耗油很快，所以加力燃燒器一般只在超音速飛機上才有。值得注意的是，有些先進飛機能夠無需使用加力燃燒器就達到超音速飛行。這叫做超音速巡航，美國空軍F-22A猛禽空優隱形戰鬥機就已知有此能力。俄國的T-50/PAK-FA第五代隱形戰鬥機很可能也有此能力。其它有超音速巡航能力的飛機包括歐洲戰鬥機EF2000和某些條件下的薩博JS-39E/F獅鷲戰鬥機。水注入低涵道比引擎是不比高涵道比引擎有效率，但需要為老式飛機拖著黑色煙柱飛上天的怪異景象負大部分責任的技術是水注入。飛機上的水注入技術和渦輪增壓汽車上的水注入系統工作原理相同。渦噴和渦扇中的這個想法是通過往進氣中噴洒去離子水來冷卻引擎核心機。這樣做的效果能降低整個引擎核心機的溫度，並增加排氣的質量，從而增加推力。因為引擎核心機被注入的水冷卻，燃燒室無法完全燃燒燃料和水的混合物，所以一些燃料顆粒和水被排出引擎，形成標誌性的黑煙。水注入系統通常在起飛時使用以產生額外的推力。一旦升空，水注入系統在接下來的飛行中都保持關閉。B-52同溫層堡壘起飛和爬升時的黑煙早已名聲在外。這架傳奇性的轟炸機最初配置8台帶水注入的J57渦噴，但H型(至今仍在服役)接受了升級過的TF33低涵道比渦扇，這是在一些707上也有使用的普惠JT3D的軍用變種。TF33也使用在美國空軍冷戰時期的C-141運輸機上。2009年一架鷂式戰鬥機在俄勒岡州波特蘭冒煙轉彎有垂直起降能力的鷂式戰鬥機在其羅羅飛馬座引擎中使用水注入來增加起飛性能。鷂式能攜帶多達50加侖蒸餾水，足夠向燃燒室注水約90秒。儘管注水引擎在近幾年的新飛機中已經失寵，該技術在某些圈子裡看似仍有希望。就在兩年前，通用電氣還在為波音777X使用的GE9X高涵道比渦扇引擎考慮過水注入系統。再往前，NASA、波音和羅羅的研究者在2004年一篇論文中指出：「水注入減排技術能減少起飛時排放的氮氧化物超過50%，並有可能減少飛機的運營成本。提高引擎熱端部件壽命的好處應能超額補償飛機系統重量和性能的輕微損失。水注入應該最好只在起飛和一部分爬升期間使用。這對低於最大起飛總重(例如客座率少於100%)運營的飛機會是有價值的操作規程。」所以，低涵道比渦扇和水注入是老式噴射引擎往往比新噴射引擎冒更多煙的罪魁禍首。當然，任何噴射引擎，不論新舊，總還是會有其它原因會導致排煙。噴油嘴或引擎核心機里與燃燒階段相關的任何其它部件髒了，都可能抵消機器其餘部分的效率，並導致排出更多黑煙。在噴氣式飛機的速度較量中，巾幗同樣不讓鬚眉。美國女飛行員扎克琳·科克蘭和俄羅斯女性斯韋特蘭娜·薩維茨卡婭都創下了驕人的世界記錄。1961年8月、1963年4月和1964年5月，扎克琳·科克蘭先後駕駛T—38、TF—104G、F—104G飛機在15—25公里航段上連續3次創造了女性世界飛行速度記錄，其航程分別達到1358.6公里/小時、2048.875公里/小時和2300.234公里/小時。1975年6月，蘇聯功勛運動健將斯韋特蘭娜·薩維茨卡婭駕駛米格—25，時速達到2683公里，超過扎克琳383公里/小時。培養薩維茨卡婭完成創記錄飛行的教官是功勛試飛員、蘇聯英雄亞歷山大·菲奧多托夫。他僅帶幾次后，就發現了斯韋特蘭娜的天才。在教官眼裡，斯韋特蘭娜思維敏捷、吃苦耐勞、求知慾極強，能夠迅速掌握傳授給她的一切知識。而學生確實沒有辜負教官的培養和期望，很快就成為一名傑出的女飛行員。她以超過音速2倍的航速創下了女性飛行速度的世界記錄。