He-178喷气式试验机

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亨克尔 He-178是世界上第一架以涡轮喷气发动机为动力的飞机,也是第一架可投入使用的喷气式飞机。德国飞机设计师亨克尔设计的He178单翼机,装有欧海因设计的世界首台涡轮喷气发动机HeS3B。原型机于1939年8月27日首飞,在德国著名飞行员瓦西茨的驾驶下升空,这架He178采用硬壳铝制机身,木质机翼,飞行速度达到每小时700千米。

发展沿革

研制背景

从世界上第一架飞机诞生之日起,提高飞行速度、飞行高度和载重量就一直是人们研制新飞机所追逐的目标,但是到了20世纪30年代,飞机的速度一直徘徊在每小时700千米左右,这差不多是装有活塞式发动机和螺旋桨的飞机的极限,用苏联著名飞机设计师雅科夫列夫的话说,已经到了“山穷水尽”的地步了。

喷气时代的来临,使飞机的发展“柳暗花明”。喷气时代的标志,便是涡轮喷气式发动机作为新型动力装置的诞生。涡轮喷气发动机的原理是:空气从飞机进气道进入发动机,先经压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合燃烧;膨胀的燃气进入涡轮并推动其旋转,使与涡轮同轴的压气机正常工作;从涡轮流出的燃气经尾喷管膨胀后向后高速喷出,从而产生巨大的反作用力推动飞机前进。

研制历程

德国的喷气发动机研究,源自年轻的天才科学家汉斯-约阿西姆·帕勃斯特·冯·欧海因(Hans-Joachim Pabst VonOhain)的一项燃气涡轮专利。

欧海因生于1911年,当他一次坐飞机时,活塞式飞机震动很大,噪音很响,他感到与飞机优美的气动外形极不相称,便考虑发明一种喷气发动机。1933年冯·欧海因正在哥廷根(Goettingen)大学攻读博士学位时,开始研究以燃气轮机为基础设计先进航空发动机的可行性。1934年,欧海因开始进行初步工程设计,并把方案呈送给自己的指导教师波尔教授审阅。波尔教授慧眼识珠,认为这很有前途,尽管喷气发动机还不为人所知,而且与学校的科研项目没有关系,波尔仍愿意尽最大力量支持欧海因,允许他使用学校的设备进行试验。虽然当时人们都认为燃气轮机的重量不适合用做航空发动机,但他还是在机械师马克斯·汉恩(Max Hahn)的帮助下,在车库中完成了一个“涡轮喷气发动机”的演示模型。

冯·欧海因设法说服他的教授,R.W.波尔(R.W. Pohl)来观看模型发动机的试车。这给波尔教授留下了深刻印象。波尔教授思想开明,人缘很好,1936年他写信将冯·欧海因博士推荐给恩斯特·亨克尔。恩斯特·亨克尔如获至宝,但令他头疼的是:欧海因对他的发明守口如瓶,于是只得在1936年4月授权25岁的的欧海因,领导一组开发人员开始研发实用性的喷气发动机。1936年4月,德国著名飞机设计师亨克尔与欧海因签订研制合同,欧海因立即试制喷气发动机。于1937年9月,他研制第一台喷气发动机运转了。两年之后,装有欧海因喷气发动机的飞机上了天。

HeS-3B

1937年9月,冯·欧海因小组拿出了一台测试原型机,但在时间上已经落后惠特尔测试原型机6个月了。一开始,这台原型机只能燃烧氢气,不能使用标准燃料,随后马克思·汉恩将其改进成可以燃烧煤油。样机初步成功,恩斯特·亨克尔指示欧海因再制造一台可用于飞行测试的发动机,编号 HeS3。HeS3 完成后,1939年5月捆绑在一架 He-118俯冲轰炸机上试飞。虽然几个月后发动机烧毁,但从中积累的经验已经足够制造一架纯喷气动力的实验飞机——亨克尔 He-178 V1,该机的动力是改进过的 HeS 3B发动机,重约360公斤,推力380公斤,推重比1.12。后来He 178又换装了推力590公斤的HeS6。

1939年8月27日——就在大战爆发前几天,He-178 V1在保密状态下由德国著名试飞员瓦西茨驾驶,完成了首次飞行。首次飞行持续了5分钟,飞行员报告:“飞机没有振动并且没有螺旋桨飞机的扭矩效应。飞行平稳……感觉棒极了!”

尽管喷气式飞机有着巨大潜力,德国空军的官僚们对此却缺乏兴趣,首飞一个多月后才来现场观看。喷气式飞机研制被置于无关紧要的地位,进展缓慢。直到1944年8月德国空军才拥有实用的喷气式歼击机飞机,由于出现太晚,加上空军的错误规划,德国喷气式战斗机对第二次世界大战的结局,没有起到决定性的影响。

HeS-3B

最终He-178 V1原型机进行了12次试验飞行后,被送往柏林航空博物馆展示,1943年盟军对柏林进行了空袭,He-178 V1原型机被彻底摧毁。

设计特点

He-178头部进气,机身笔直。采用高置梯形机翼和常规尾翼布局,HeS 3B发动机安装在机身中后部。为绕过飞行员座椅和燃料箱,进气道向下弯曲,导致发动机推力明显下降,该机具有可收放的后三点起落架,主起落架收入机身下部。

技术数据

乘员:1人

长度:7.48米

翼展:7.20米

高度:2.10米

机翼面积:9.1平方米

空重:1,620千克

最大起飞重量:1,998千克

动力系统:1 ×HeS 3涡轮喷气发动机

推力:4.4千牛

最大飞行速度:700千米/小时

航程:200千米

推重比:0.22

另一架喷气式飞机

历史总是充满巧合的。十分凑巧的是,涡轮喷气发动机如此重大的航空发动机推进的变革,竟是德国人欧海因和英国人惠特尔在互不通信息的情况下,各自独立并几乎在同一时期完成的。这一点,恰恰证明了新技术出现的必然性。

惠特尔1907年生于英国的考文垂。少年时代就对航空产生浓厚的兴趣。1928年,在空军学院学习的惠特尔在其毕业论文《飞机设计的未来发展》中就第一次提出了喷气发动机的原理,这是一个非凡的大胆的科学预见。尽管他此时还不过是21岁的学生。1930年,惠特尔申请了专利。几年中,惠特尔研制喷气发动机的想法无人理睬,几乎他自己也认为走投无路之时,新的机遇终于向惠特尔招手。1935年,在一位校友的帮助下,一家财团决定资助新成立的动力喷气有限公司试制惠特尔的喷气发动机,并取名为WU,即惠特尔样机。1937年4月12日,他研制的单转子涡轮喷气发动机首次运转成功。1939年,政府介入了,决定出资研制喷气发动机。惠特尔的新型喷气发动机 W1B装于格罗斯特公司E.28/39战斗机上。

1941年5月14日,试飞员赛耶驾驶 E.28/39升空,飞行17分钟。英国喷气式飞机虽然问世了,却晚于德国两年上天。对比德英两国、欧海因和惠特尔发明喷气式发动机的历程,可以引起人们深深的思索。如果不是英国上层保守思想当道、技术权威作怪,惠特尔的发明不至于在12年后才得到政府的资助,那么,英国航空技术发展史可能会改写,惠特尔的喷气式发动机也许早若干年,至少是在德国之前研制成功,喷气时代会早些降临,人类会早些受益。

而比惠特尔小4岁的欧海因,晚于惠特尔6年才提出喷气式发动机的方案,但是他遇到两位重要的伯乐:一是哥廷根大学的波尔教授,不但赏识欧海因,而且给予大力支持;二是亨克乐飞机公司的老板、飞机设计师亨克尔。1936年3月这位老板与26岁的欧海因谈了一次话,便拍板决定说:“从今天起,你被雇用了。我给你5万马克,你要在6个月内搞出一台喷气发动机来!”

当人们赞扬欧海因为喷气式发动机所做出的重要贡献时,他却说:“我很幸运,如果不是亨克尔,我可能什么也不是。”对于科学发明家而言,“伯乐”何其重要!

二战结束后,喷气式发动机的发展异常迅速,带动航空技术发生了质的飞跃,使飞机速度、高度及载重量直线上升,不仅军用飞机面貌一新,在民用飞机领域,由于喷气式客机的出现,使现代民航运输业出现了重大转折,人们惊呼:喷气时代真的到来了。