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“航空飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)并不是指一個(gè)機(jī)器,它是一個(gè)系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱,它由發(fā)動(dòng)機(jī)、推進(jìn)劑或燃料系統(tǒng)組成,伴有保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常有效工作所必須的零部件,比如一系列附件、導(dǎo)管、儀表和在飛行器上固定的一些裝置。.但因?yàn)樗哪康氖窃谟诔掷m(xù)有效的為飛行器提供動(dòng)力,所以我們可以將之簡(jiǎn)稱為發(fā)動(dòng)機(jī),它也是飛行器的核心,重要性如同心臟之于人類。”
“1883年當(dāng)?shù)谝慌_(tái)汽油內(nèi)燃機(jī)即活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的問(wèn)世,為第一架飛機(jī)的試飛成功奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),讓人類的飛行夢(mèng)逐步得以實(shí)現(xiàn)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,航天技術(shù)演變至今,已經(jīng)能讓飛機(jī)成為戰(zhàn)爭(zhēng)中不可或缺的主角,偵查、空戰(zhàn)、轟炸、運(yùn)輸?shù)鹊龋w機(jī)為人類的生活開(kāi)辟了新的領(lǐng)域,為工業(yè)時(shí)代帶來(lái)了新的一個(gè)技術(shù)制高點(diǎn),誰(shuí)能牢牢占據(jù)這個(gè)新興的制高點(diǎn),誰(shuí)就能在工業(yè)時(shí)代甚至更長(zhǎng)遠(yuǎn)時(shí)間里鶴立雞群傲視天下……”
張宇一直以來(lái)都不擅長(zhǎng)演說(shuō),即便今天是中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)航空動(dòng)力公司成立的大日子,他收羅了肚子里所有的墨水也實(shí)在弄不出什么有名堂的演講,只能馬馬虎虎吧,不過(guò)從工人激昂的表情來(lái)看,估計(jì)這樣沒(méi)啥文揪揪的說(shuō)辭還更能打動(dòng)他們。
“中國(guó)人飛入藍(lán)天的夢(mèng)自古就有,從彈天英雄馮如先生開(kāi)始我們中國(guó)人就沒(méi)有停止前進(jìn)的步伐。當(dāng)我們比馮先生擁有更好條件的時(shí)候,我們更應(yīng)該做出更好的成就出來(lái)。中航動(dòng)力公司,就是要為中國(guó)人的藍(lán)天夢(mèng)提供最好的、最強(qiáng)勁的、最有效的、最持久的澎湃動(dòng)力,讓我們中國(guó)人的飛機(jī)飛得更高、更遠(yuǎn)、更好。”
1919年4月9日,中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)航空動(dòng)力公司成為該集團(tuán)首先掛牌成立的公司,選址在廣西東南部的玉林市境內(nèi),是該市確立工業(yè)強(qiáng)市發(fā)展策略以來(lái)成立的又一家大型動(dòng)力公司,之前于此成立的是中國(guó)重型工業(yè)集團(tuán)的動(dòng)力公司,正是因?yàn)檫@里已經(jīng)形成了良好的動(dòng)力設(shè)備制造的環(huán)境,加上便利的交通,中航動(dòng)力便在此落腳了。當(dāng)然公司已經(jīng)掛牌成立了,所屬眾多工廠也就應(yīng)該正式投產(chǎn)了。但在這之前,中航動(dòng)力公司還有一則意義重大的故事值得講述。
航空項(xiàng)目立項(xiàng)之后不久,關(guān)于航天飛行器最核心部件之發(fā)動(dòng)機(jī),自治區(qū)工業(yè)部已經(jīng)加以考慮了。就當(dāng)前的工業(yè)水平而言,雄心勃勃的中航動(dòng)力也只能在活塞式發(fā)動(dòng)中轉(zhuǎn)悠,出于技術(shù)實(shí)力和工業(yè)水平的限制,離噴氣式代還有一定的距離,但是關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)究竟是研究氣冷式還是液冷式,當(dāng)初的動(dòng)力研究組也有很大的爭(zhēng)議,就好像進(jìn)入了信息時(shí)代人們始終各持己見(jiàn)爭(zhēng)論不已一樣。
活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是以汽油為燃料,采用多氣缸四循環(huán)原理。當(dāng)然也正是因此,活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度非常之快,氣缸內(nèi)每秒需要點(diǎn)火數(shù)十次,高溫高壓的工作環(huán)境會(huì)使氣缸的溫度很高,所以活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)必須配備效率優(yōu)良的冷卻系統(tǒng)。
冷卻無(wú)非有兩種方式而已,用冷卻液的循環(huán)蒸發(fā)帶走熱量即液冷式,用高速氣流的冷卻效應(yīng)帶走熱量即氣冷式。
為此,液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸呈直線或v形排列,發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體外殼內(nèi)設(shè)有散熱套,讓具有一定壓力的冷卻液在套中循環(huán)流動(dòng)帶走熱量。這樣一來(lái)液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)就顯得比較復(fù)雜了,包括水箱、水泵、散熱器、管路系統(tǒng)等等,繼而給發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)不小的負(fù)重。
然而氣冷式發(fā)動(dòng)機(jī)直接是以曲軸為中心,排成星形,氣缸外面有很多的散熱片,飛行時(shí)產(chǎn)生的高速氣流可將汽缸壁的熱量散去,繼而達(dá)到冷卻的目的,故又稱之為氣冷式星形發(fā)動(dòng)機(jī)。
自治一心一意要發(fā)展航空事業(yè),無(wú)非就是為了在軍事方面有所建樹,民用基本都是運(yùn)輸?shù)囊蠖眩笳叩拇碳さ故瞧浯危宰灾螀^(qū)最大的目的就是為了發(fā)展軍事方面優(yōu)秀的飛行器,只要能軍用方面優(yōu)秀了,民用的經(jīng)濟(jì)效益可以很容易解決。
由此,到了最后研究方向的爭(zhēng)論進(jìn)入了白熱化階段。更高的航空要求繼而要讓活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該具有馬力大、重量輕、可靠性好、迎風(fēng)面積小等等特點(diǎn),要實(shí)現(xiàn)這些個(gè)要求無(wú)非就只有幾個(gè)手段,增大缸徑、增加缸數(shù)、增大沖程、增加機(jī)械或渦輪增壓裝置。航空動(dòng)力研究組迅速為了各自的意見(jiàn)而分為兩對(duì)立組織,一個(gè)堅(jiān)持要以氣冷為主,另一個(gè)當(dāng)崇尚液冷了。
氣冷組的經(jīng)過(guò)一定研究后堅(jiān)定地認(rèn)為,對(duì)于氣冷式而言肯定是走星形發(fā)動(dòng)機(jī)這條路。而由于整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的正面將暴露在迎風(fēng)氣流里,在氣缸體上安裝大量的散熱片,就成為理想的氣冷的格局,所以星形發(fā)動(dòng)機(jī)基本上都是氣冷的,星形布置也成了氣冷式的唯一選擇。
為了獲得足夠的馬力,可以在增加汽缸數(shù)和氣缸口徑上做文章。汽缸數(shù)很多時(shí)候由于發(fā)動(dòng)機(jī)正面有限而不能布置太多,增加太多的缸數(shù)肯定會(huì)很困難。增加缸徑也有相同的問(wèn)題,但他們通過(guò)技術(shù)資料發(fā)現(xiàn)增加星形的層數(shù)不失為一個(gè)好辦法。
如果單層星形有7個(gè)氣缸,雙層就是14個(gè)氣缸,這樣計(jì)算下去可以讓發(fā)動(dòng)機(jī)有三層甚至四層星形,繼而能有二十幾個(gè)、四十幾個(gè)氣缸。如此一來(lái)可以根據(jù)不同的動(dòng)力需求而選擇不同的汽缸數(shù)和星形層,無(wú)論馬力的大小要求,制造出三四千馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)都不再是夢(mèng)。
不過(guò)他們這樣的設(shè)想同樣有問(wèn)題,多層星形布置后,排在后面的層次會(huì)有很嚴(yán)重的冷卻問(wèn)題。流過(guò)的空氣已經(jīng)在前面被加熱了,到了后面已經(jīng)是高溫氣體,冷卻效果要嚴(yán)重下降。如果不對(duì)后面的層次作特別的補(bǔ)償,后層氣缸的壽命和馬力都會(huì)受到損失。
如果選擇增大沖程是另作為增加有效馬力的方法,但增加沖程會(huì)迅速增加迎風(fēng)面積,畢竟迎風(fēng)面積按半徑的平方增加,而阻力和迎風(fēng)面積成正比,而且活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)靠燃燒生熱做功,所以燃燒溫度越高,單位體積的出力就越大。靠發(fā)動(dòng)機(jī)材料的耐熱性硬抗這樣的高溫是不現(xiàn)實(shí)的,需要采用更好更實(shí)際的冷卻技術(shù)以降低缸體溫度、延長(zhǎng)壽命,否則氣冷組是扛不住液冷組的挑釁的。
對(duì)于液冷組而言,他們深知對(duì)方有利的條件。氣冷發(fā)動(dòng)機(jī)是直接利用流過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的自然環(huán)境空氣進(jìn)行冷卻缸體,在一定程度上,氣冷發(fā)動(dòng)機(jī)可在缸體上安裝很多散熱片,有效增加散熱面積。也就是說(shuō)氣冷發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱片的面積不達(dá)到所謂的極限,散熱的效率是非常可觀的。換句話說(shuō)就是如果星形的層數(shù)不多,而且缸體數(shù)目也一定,采用氣冷方式可以獲得非常好的動(dòng)力輸出同時(shí)也能保證冷卻效果的絕佳狀態(tài)。
這對(duì)液冷組而言可謂是一個(gè)不大不小的挑戰(zhàn),但氣冷本質(zhì)上的冷卻效率不高,即便氣冷組通過(guò)各種手段讓多缸體多層數(shù)的大馬力氣冷發(fā)動(dòng)機(jī),獲得了一定的實(shí)際使用能力,液冷組也最多失去的是應(yīng)用于運(yùn)輸類型的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī),他們不能在作戰(zhàn)性質(zhì)飛機(jī)亦戰(zhàn)斗機(jī)上讓液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)毫無(wú)作為。
液冷的主要利器無(wú)非就是利用冷卻物質(zhì),如冷卻水、專用冷卻油等流經(jīng)缸體壁,將熱量帶離發(fā)動(dòng)機(jī),然后通過(guò)專用的散熱器將熱量釋放到空氣中。冷卻物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)大大高于空氣,有利于傳熱,可以有效地將大量熱量帶離發(fā)動(dòng)機(jī),繼而能容許發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到更高的工作溫度,有利于提高單位體積馬力,并容易使缸體溫度達(dá)到高度均勻,改善發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件,延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。
散熱器的設(shè)計(jì)對(duì)液冷組乃至他們背后的技術(shù)團(tuán)隊(duì)而言并不是難點(diǎn),他們有足夠的自信能夠制造出可以不受發(fā)動(dòng)機(jī)缸體形狀、布置的限制,而需采用大量長(zhǎng)而窄的散熱片。甚至需要的話,還可以讓冷卻水管在散熱片組之間來(lái)回盤旋,組成多程換熱器,非常有利于大大提高散熱效率,后者的散熱效率必將大大高于直接和缸體相連的散熱片。
水冷的傳熱效率高于氣冷,冷卻性能跟更好,這是不爭(zhēng)的事實(shí)也是液冷組的優(yōu)勢(shì)。但水冷需要額外的管路和散熱器,讓生產(chǎn)制造更復(fù)雜、養(yǎng)護(hù)更繁瑣,這是相對(duì)于氣冷的一大缺點(diǎn),而且從歐洲方面的液冷發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用而言,冷卻水泄露還是一個(gè)不小的問(wèn)題。
由此,在發(fā)動(dòng)機(jī)功率要求不大的時(shí)候,水冷有多了散熱器、管路等等引申出的各種問(wèn)題就顯得很突兀,比氣冷發(fā)動(dòng)機(jī)重且復(fù)雜,就沒(méi)有什么優(yōu)越性。功率一定的發(fā)動(dòng)機(jī)的體積和重量都不是問(wèn)題,氣冷發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)就十分顯著,液冷沒(méi)有任何優(yōu)勢(shì)而言。但當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)功率要求很高的時(shí)候,氣冷發(fā)動(dòng)機(jī)的局限就出來(lái)了,大量的散熱片不僅不能有效地散熱,也大大增加了重量,液冷的系統(tǒng)效率優(yōu)勢(shì)就顯示出來(lái),系統(tǒng)總重量反而更輕了。
兩者之間的互有優(yōu)劣都讓彼此難以放棄自己的想法,都欲讓對(duì)方接受自己的正確想法,繼而引發(fā)爭(zhēng)論,但爭(zhēng)論的結(jié)果往往都是讓彼此更加確信自己的想法是正確的,可以說(shuō)爭(zhēng)論由始至終都是無(wú)效的。所以,“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”,這句話讓他們都找到了說(shuō)服對(duì)方的好方法,那就是各自做出成就來(lái)比拼一番才行。