哈英還是哈德_風聞

哈英如今不時興了，哈德還是大有人在。這本來不成問題，但在渦輪發動機的技術路線上，這還真是一個問題。在這裏，渦輪發動機泛指包括渦噴、渦扇、渦槳、渦軸的所有渦輪類發動機。

大部分螺旋槳飛機都是拉進式螺旋槳

用推進式螺旋槳的也有，但很罕見

在飛行的萌芽時代，噴氣式推進問題就得到研究。螺旋槳需要外來動力驅動，在早期，活塞式內燃機是唯一現實的動力來源。螺旋槳有前置的拉進式和後置的推進式，拉進式是主流，這不是偶然的。活塞式發動機需要良好的冷卻。拉進式螺旋槳的氣流自然流過發動機，即使在靜止或者低速飛行狀態，依然能保持良好的冷卻。但拉進式螺旋槳近圓心處必然被發動機和機體遮擋，這裏是純阻力。發動機功率越大，圓心的“死麪積”越大，阻力越大。這個問題是無解的。

推進式螺旋槳沒有圓心阻力問題，但在靜止和低速飛行狀態下，拉動的氣流速度通常不足以冷卻發動機，容易導致過熱。另外，推進式螺旋槳如果設置在機尾，起飛拉起時容易觸地，起落架捲起的異物也容易擊中螺旋槳，造成損壞。

很早就有將機身做成涵道螺旋槳的設想，這樣，空氣在涵道內加速，沒有圓心阻力的問題，但動力問題不容易解決。很快，涵道螺旋槳的推進方式不了了之了。但是，噴氣發動機在某種意義上可以看作涵道螺旋槳的高度發展，螺旋槳與動力合為一體了。

惠特爾和他發明的噴氣式發動機

奧海恩（左）和惠特爾（右）在戰後研究惠特爾的發明

渦輪噴氣發動機是在二戰前夜發明的，在戰時投入使用的。首先問世的是渦輪噴氣發動機，這也可以看作是所有渦輪發動機的基礎。英國人弗蘭克·惠特爾在1937年首先發明渦噴，德國人漢斯·馮·奧海恩首先把渦噴實用化，在1939年裝上亨克爾He 178實現了首飛。1944年，噴氣式的梅塞施密特Me-262投入戰鬥。同年，英國格洛斯特“流星”也開始服役，但只有有限使用。

Me-262從外觀到性能都是革命性的

格洛斯特“流星”則相對保守，可以看到，發動機要粗一圈，但也短一截

Me -262和“流星”如果在空中相遇，誰會勝出，這已經是一個穿越性的問題了。在現實中，Me-262在1944年4月投入使用，並馬上大量投入戰鬥。“流星”在3個月後的7月投入使用，但只用於英倫三島的國土防空，尤其是攔截德國V-1導彈。直到1945年1月，“流星”才開始在歐洲大陸有限部署，而且在開始時嚴禁飛入德軍防區，生怕落入德軍或者蘇軍之手。這也是德國空軍出的氣比進的氣多的時候了，“流星”只有對地掃射中的擊毀德機戰績，沒有空戰戰績。最大的威脅反而是盟軍防空火力誤把“流星”當作Me-262了，畢竟那時噴氣式戰鬥機很少，官兵沒怎麼見過“流星”，一聽到尖利的噴氣發動機，就當作Me-262了。

惠特爾和奧海恩是在互不知情的情況下獨立發明噴氣發動機的。在戰雲密佈的戰前最後年代，噴氣發動機的研發也是高度機密的，雙方不存在互相抄襲的可能性。有意思的是，兩人的發明導致了英國和德國採用了不同的技術路線。英國渦噴採用的是離心式壓氣機，德國渦噴採用的是軸流式壓氣機。

渦輪發動機的燃燒室裏實際上是等壓燃燒，升温但並不增壓。升温使得熾熱的燃氣在膨脹的同時，向後流動，形成推力。保證氣流向後流動的是壓氣機，壓氣機的最終壓力越高，渦噴的效率越高。

間隙工作的壓氣機可以用活塞式，但連續工作的壓氣機只有離心式和軸流式。離心式用高速旋轉的離心力達到增壓。離心式壓氣機採用像收腰的火山一樣逐漸收尖的葉輪，葉片沿着山坡方向，可能是盤旋下山而不是直線下山的，進氣在山尖，排氣在山腳，用環腔收集後導出。用在離心式壓氣機上，火山是“側立”起來的，山尖衝着進氣方向。為了增加效率，還可以採用雙面葉輪，這樣火山就背靠背了，底盤連接到一起。

軸流式則是像多級串聯的電風扇，同樣達到增壓的作用。這是用每一級的葉片在相對於旋轉平面的角度“刮壓”氣流產生的增壓。

格洛斯特“流星”使用的羅爾斯-羅伊斯“德文特”

典型的離心式壓氣機

Me-262使用的Jumo 004，容易看到，比“德文特”要“瘦”多了

典型的高低壓軸流式壓氣機及其渦輪

離心式的結構簡單，在較大轉速範圍內都有較高的增壓效率，可以達到很高的出口壓力，但工作流量較小，很難串聯，一般只有一級，最多兩級，更多級數結構急劇複雜，而增壓效果不再明顯。離心式的增壓效率還取決於葉輪的轉速和直徑，到一定程度後，離心力對葉輪的影響太大。另外，氣流前進途徑轉折較多，動能損失較大。所以離心式的門檻低，天花板也低。

軸流式的特點反過來，工作流量大，氣流路線直線前進，但結構複雜，單級增壓比低，轉速對增壓效率的影響較大。軸流式最大的好處在於易於多級串聯，天花板比離心式大大提高，但門檻也提高了。

對於飛機上的應用來説，離心式比較短小，重量輕，但直徑大，迎風阻力大；軸流式正好反過來。

典型渦輪增壓，中間的發動機沒有畫出來

英國的離心式路線是從英美的渦輪增壓技術自然發展而來的。渦輪增壓是活塞式發動機增加馬力的有效方法，發動機排氣驅動渦輪，渦輪帶動離心式壓氣機，增壓發動機進氣的壓力和含氧量，增加發動機的出力。在活塞式發動機時代，這是高空性能的關鍵。空氣稀薄的高空使得發動機排氣背壓降低，渦輪出力增加，正好補償進氣不足的問題。英美的渦輪增壓技術是英美戰鬥機的高空性能壓倒德日戰鬥機的關鍵。渦噴只是把壓氣機和渦輪之間的活塞式發動機用環罐燃燒室代替了。

德國的活塞發動機也用增壓，但這是機械增壓，由發動機通過傳統軸直接帶動壓氣機，一般是魯茨型或者伊頓型，前者採用兩個花生形的轉子互相擠揉，好像捏麪糰一樣；後者用螺桿。機械增壓在發動機轉速和出力較低的時候更加有效，但最大功率時，反而“吃”功率。英美也用機械增壓，常常和渦輪增壓聯合使用，形成雙增壓，較好地涵蓋了低空低速到高空高速的整個範圍。高空高速性能不給力是德國全力發展噴氣發動機的重要原因。相反，英美這方面的壓力不迫切，加上戰爭後期歐陸空中形勢大好，所以不着急，“流星”投入使用了都不急着上戰場。

儘管梅塞施密特Me-262搶先大量使用，還有亨克爾He-162、阿拉多Ar-234（後者是歷史上第一種噴氣式轟炸機），德國的軸流式壓氣機並不算成功，部份原因就在於門檻高於時代所能提供的使用條件。機械故障除外，發動機部件燒融的事情很多，發動機的加減速性能很糟糕，結果Me-262起飛、着陸時，必須出動Me-109或者FW-190升空保護，防止盟軍偷襲。

羅爾斯-羅伊斯“尼恩”，容易看到離心式壓氣機的葉輪

米格-15打出了米格的天空

相反，英國的離心式壓氣機在早期相當成功，不僅“流星”的發動機在戰後初期輕易增推幾乎一倍，羅爾斯-羅伊斯“尼恩”在蘇聯按照許可仿製、改進後，裝備米格-15，造就了一代名機，也開創了蘇聯戰鬥機的時代。

但進入50年代後，超音速成為新的標杆，離心式的問題馬上也出來了。推力難以進一步提高，因為更大的推力來自更大的空氣流量，而離心式不適合大流量。另外，較大的直徑使得迎風阻力太大，不適合用於對阻力特別敏感的超音速飛機。此後，軸流式取代離心式，成為噴氣發動機的主流。

但是，凡是總是有個但是。離心式結構簡單、增壓效率高的特點在直升機上特別適合，發動機直徑稍大對於直升機也不是太大的問題，所以直升機上的渦軸用離心式壓氣機很多，傳奇式的通用電氣T700就是，全新的深度改進型T901也是，在相同的尺寸、重量下，功率增加50%，油耗降低25%，壽命延長20%，充分説明了離心式的生命力。

T700結構緊湊，功率強大，一部分原因就是歸功於離心式壓氣機

典型的軸流-離心式壓氣機，顯示了前面的低壓軸流式壓氣機和後面的高壓離心式壓氣機，這裏還顯示了逆流式燃燒室，離心式壓氣機的出氣進入燃燒室後，調轉180度燃燒膨脹，然後再調轉180度進入渦輪，這樣長度進一步縮短，但動能損失較大

IDF的F125也是軸流-離心式壓氣機，這是非加力版的F124，與F125的差別就是一個加力燃燒室

IDF一看就是秀秀氣氣的，連拉煙都是那麼文雅

不過T700/901不是簡單的離心式，而是軸流-離心混合式，用較小的軸流式作為低壓的前級，用離心式作為高壓的後級，既利用軸流式在低壓段的效率最高的優點，又利用離心式的在高壓段依然具有較高增壓比的優點。由於軸流式的轉速較高，離心式的轉速較低，單轉子就可以兼顧兩者的最優效率轉速，進一步簡化了結構。嘉萊特TPE731小渦扇也是用軸流式低壓壓氣機加離心式高壓壓氣機的組合，同樣是單轉子，但用齒輪減速驅動風扇，這算是第一種齒輪減速渦扇了。TPE731的加力型就是台灣IDF戰鬥機上用的F125。

不過F124要像T700那樣增推不容易。渦軸增加功率的關鍵在於提高壓氣機的出口壓力，但渦扇要大幅度增推，關鍵在於提高空氣流量。到一定程度後，離心式不適合大流量的問題又回來了。另一方面，直升機發動機的功率要求相對於戰鬥機或者大型客機來説畢竟是較低的。作為參照，已經逆天的通用電氣T901的功率只有MV-22的羅爾斯-羅伊斯T406的一半不到，核心發動機來自羅爾斯-羅伊斯AE3007/2100系列，但AE3007是小渦扇，只有30-45kN級，用於小號公務機、波音MQ-25“黃貂魚”和諾斯羅普RQ-4“全球鷹”無人機，AE2100則用於洛克希德C-130J和C-27J運輸機，後者是雙發，前者是四發。AE3007/2100已經使用軸流式壓氣機了。

典型的微型渦噴

離心式壓氣機在微型噴氣發動機上也使用較多，用於巡航導彈、無人機、模型飛機等。

另一方面，軸流式迎風面積小的優點在大涵道比渦扇上被有意無視了，動輒8：1、10：1甚至12：1的涵道比使得風扇的迎風面積巨大，這當然是為高亞音速飛行而優化的，但在某種意義上是對涵道螺旋槳的迴歸。

而新一代大涵道比渦扇又不在乎迎風面積了

哈英還是哈德？英德本來不分嘛，温莎王室來自漢諾威，德國主導的歐盟則以英語為工作語言，英中有德，德中有英，這樣更加和諧嘛。