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2007年一月YST的《軍事小常識：戰鬥機》系列一. 2007-1-14~《軍事小常識：戰鬥機》
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. 城市討論區：軍事小常識：戰鬥機
YST 政治社會∕政治時事 天下縱橫談 2007/01/14 20:00:26 .  軍事小常識：戰鬥機 | 2007/01/14 20:00 瀏覽748 ｜回應9｜推薦18 |
| | 開年以來最大的軍事新聞就是去年１２月底中國大陸官方解密她最新研發的殲-10戰鬥機並且宣佈殲-10已經成軍服役。我所知道的消息是，殲-10其實早在２００３年就正式成軍了，只是等到現在才解密而已。殲-10的解密與成軍是引起我寫這個系列文章的重要原因，讓我們趁此機會談談戰鬥機的過去、現在與未來。 軍用飛機以用途來區分，可以有很多種，每個國家採用不同的代號。先說世界航空第一大國，美國的軍機代號。 戰鬥機（Fighter）是以空中格鬥為主，美國戰鬥機的型號都以Ｆ開頭，再跟一個數字，附加一個“別號”。譬如 F-16是美國的輕型戰鬥機，取名“Falcon（獵鷹）”。 轟炸機（Bomber）以大面積破壞地面目標為主，美國型號都以Ｂ開頭，也附加一個“別號”。譬如B-29是長程重轟炸機，取名“Superfortress（超級堡壘）”。 除此之外，美軍的運輸機以Ｃ開頭、偵察機以Ｒ開頭、對地（海）特殊目標攻擊機以Ａ開頭．．．．等等，我就不細訴了。 俄國的軍用飛機不是以用途分類作代號，而是以研發公司的縮寫為代號。 譬如Su-27是蘇愷公司（Sukhol）研發的某一種戰鬥機，NATO為它取了一個外號叫“Flanker（側擊者）”。 譬如Tu-22M3是圖布列夫公司（Tupolev）研發的某一種轟炸機的第三次改良型，NATO 為它取了一個外號叫“Backfire C （逆火 C 型）”。 猜猜看， Su-25是什麼飛機？不對，它不是戰鬥機，而是一種對地（海）特殊目標攻擊機，NATO為它取了一個外號叫“Frogfoot（青蛙腳）”。 所以“Su”開頭只代表是蘇愷公司研發的飛機，這些飛機可能是戰鬥機，也可能是其他種類的飛機。 但是俄國飛機公司都幾乎只研發一種飛機，譬如米高揚—格瑞梅曲（Mikoyan-Gurevich）公司就只研發戰鬥機，代號以“Mig”開頭，中文簡稱「米格機」。所以看到“米格（Mig）”開頭就認定是戰鬥機，幾乎也錯不了。 中國大陸有自己的軍事系統，用的是中文，所以有自己的一套代號。 譬如大陸稱戰鬥機為「殲擊機」，英文代號以Ｊ開頭，再跟一個數字，附加一個“別號”。譬如殲-10，代號J-10，取名“猛龍”。 大陸的轟炸機，中文以「轟」字開頭，代號以Ｈ開頭，譬如轟-６，代號H-6。 大陸的運輸機，中文以「運」字開頭，代號以Ｙ開頭，譬如運-８，代號Y-8。 大陸稱對地（海）特殊目標攻擊機為「強擊機」，中文以「強」字開頭，代號以Ｑ開頭，譬如強-５，代號Q-5。 本系列的文章將討論範圍專注在戰鬥機，因為戰鬥機的種類最多，數量最大，用途最廣，最具代表性，就像海軍的驅逐艦。 據我所知，殲-10目前裝備了四個團，每個團有二十四架飛機，所以解放軍裝備這種新型戰機的總數大約在一百架左右。 中共空軍的編制與國軍不同（國軍採用美制），大陸空軍的一個團比國軍的中隊（十二架飛機）要大，比國軍的大隊（三十六架飛機）要小。國軍的大隊再上去就是聯隊；解放軍的空軍團再上去就是空軍師。不論聯隊還是師都是駐紮在同一個空軍基地，聯隊長或師長就是該空軍基地的最高指揮官，官階是少將。 下面這張照片是新華社提供的。一整個團二十四名飛行員列隊走過他們的殲-10戰機，飛行皮夾克蠻神氣的，不錯，頭盔不知是否有瞄準器（這是重要裝備，以後會討論）。走在最前面的兩位應該是團長與副團長，都有點胖，不夠帥氣，看起來也不夠靈巧，應該減重了。 
殲-10正式成軍，一個團的二十四名飛官列隊走過他們的戰機。站立在每架飛機前的八位士兵，是負責為該飛機保養與維修的地勤人員。 殲-10的正式服役在世界軍事上是一個重大新聞，引發全球軍事專家極大的關注和熱烈的討論。殲-10的性能屬於第三代戰機中的佼佼者，軍事專家把它歸類於三代半。殲-10的出現不但打破了海峽兩岸的軍事平衡，而且在美、歐、俄之外形成世界戰鬥機的第四極，為中國奠定了下一代（第四代）戰鬥機的地位。 YST個人認為也許最重要的是殲-10的性價比很高，在未來的軍火市場上是一個非常強勁的對手，目前看不到任何可以和它競爭的西方產品。 航空工業是高科技工業的最佳代表，因為它要求最多的科學知識與技術儲備，它的系統最龐大也最複雜。發展航空工業的困難尤其表現在現代戰鬥機的設計與製造上，因為相關的配套工業太多了。今天能夠設計與製造出一種優良的第三代戰鬥機，其困難度比二次世界大戰期間製造出一種優良的新戰鬥機不知道高出多少倍。要想搞出一個現代戰鬥機，熟練的工人不計算，單只計算高教育的科研隊伍與工程師就上萬。不要笑，美國開發任何一種新戰機，它的動力系統、飛行系統、電子系統、武器系統．．．．等等，哪個子系統的研發隊伍不上千？子系統的工程固然浩大，整合系統的工程和困難更是驚人，需要更多受過高等教育的人才。 殲-10的出現代表中國大陸在航空工業上的巨大成就。中共的軍事工業一向是裝備一代、研發一代、預研一代。今天的殲-10成軍表面代表的是解放軍裝備了第三代的戰機，背後確定的是下一代的戰機已經在高度研發中（我估計在三到五年內會首飛），可以想像更前衛的戰機開始預研。我們在下一篇文章中將討論每一代戰機所代表的意義是什麼。 空中打擊力量在現代戰爭中是非常關鍵的。尤其一個國家所製造的戰鬥機會為這個國家的綜合軍事工業水平提供很好的指標，所以一種新飛機的出現會立刻引起世界軍事學家濃厚的興趣和廣泛的討論。目前能夠獨力製造第三代戰鬥機的國家只有五個，就是聯合國的五個安全理事會員國。到了第四代也許就只剩下美、俄、法、中四個國家了。英國多半沒有這個錢、技術、與意志繼續玩這個燒錢的遊戲，英國把未來戰鬥機的研發都交給了美國。 如果你經常閱覽軍事報導的文章就會發覺軍事家們常常把某個戰鬥機說成是第幾代的戰鬥機，譬如米格-15是第一代、米格-21是第二代、F-16是第三代、F-22是第四代．．．等等。這種用「代」來區分戰鬥機的性能幾乎已成了軍事家、軍事記者、還有軍事迷們的共同語言而他們的報導中幾乎從來不對這個「代」加以任何解釋。 對軍事不很熟悉的讀者不禁會問：這些戰鬥機每一代的劃分到底標準是甚麼？ 本系列文章的主旨就是回答這個問題，也順便談一點戰鬥機發展過程中重要的演變歷史。 首先我們要點出的是，戰鬥機的演變和飛機的動力系統密不可分。事實上，航空發動機是推動戰鬥機的演變最重要的因素。其次才是遙感系統、控制系統、通訊系統．．．等等。所以要談戰鬥機的演變就必須從航空發動機談起。 人類自從發明飛機就不斷地追求飛得更高、飛得更快和飛得更遠，軍用飛機更是如此。這三個要求不論是那一個，關鍵問題都在動力系統。歷史上，科學家從來沒有停止要求更強大的發動機。優良的發動機是設計飛機最最重要的關鍵部分，是牽一髮動全局的傢伙。 研發戰鬥機的週期很長，所以整個計劃都是全面進行，所有的子系統都預先設定了指標。如果到了整合的時候發動機的性能不能達到預定的指標，則飛機的性能就會全盤改變，因此整個設計必須重來，不但浪費了時間、金錢、與人力，而且產品性能必定下降，在比較嚴重的情形下會導致整個計劃被放棄。 中國的工業發展較晚，加上連年戰亂，根本沒有長期發展的環境和條件。一九四九年內戰結束時，中國連汽車都不能製造，工業基礎之薄弱可想而知。大陸的航空工業起步艱難，西方的技術封鎖更是雪上加霜。大陸的航天工業有錢學森這根大柱子撐著，所以一枝獨秀，令全球人士刮目相看。中國的航天技術不但先進，幾乎與美俄同步，而且自成一套，有些地方甚至領先世界。但是航空工業沒有錢學森這種大柱子，一切要自己從頭摸索。所以航空工業長期落後，最重要的原因就是科學技術的儲備不夠。尤其像發動機的製造屬於最高機密，這種關鍵技術是不可能得到外國幫忙的，即使是友好國家也不可能轉移這種技術。早期大陸有很多飛機設計被迫取消，幾乎無一例外都是因為發動機不過關。 對飛機而言，發動機僅僅要求馬力大是不夠的，還必須重量輕，航空發動機的困難就在這裏。想想看，十九世紀輪船上燒煤的蒸汽機馬力就非常大了，但是飛機能用嗎？所以最早的航空發動機都是清一色的汽油內燃氣，因為以單位輸出馬力而論它的重量最輕，也就是說汽油內燃氣的輸出功率與本身重量的「比值」最高。這個平均推力除以自身重量的「比值」，科學家稱為發動機的「推重比」（Power/Weight Ratio）。 這個「推重比」是所有研發動力系統的科學家們與工程師們最看重的指標。在船舶和車輛上，也許工程師們還可以稍稍通融、放鬆一點要求。譬如你的賓士轎車，如果８氣缸的發動機重量比原先預估多了一公斤，德國工程師老爺也許就算了，他更關心的是配置問題（packaging），因為汽車內部的容量有限。如果是設計船用柴油發動機的工程師老爺，多出一公斤的事情那就一定算了，船這麼大，連配置都不會是問題。 但是研發航空動力系統的老爺們對發動機重量的增加是絕不會通融的。譬如F-16的發動機，每減少一公斤的重量，工程師老爺都會歡呼雀躍。「推重比」是所有戰鬥機設計的基礎和最關鍵的單一指標數字。航空科學家與工程師們絞盡腦汁把這個數字一點一點往上推，「推重比」每增加一點，同樣的飛機就可以飛得更快、更高、更遠、或攜帶更多的武器與彈藥，在交戰的時候高下立現，很可能就此決定了生死、勝負、或成敗。 （未完待續） |
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【cobrachen 的網誌】
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2007年一月YST的《軍事小常識：戰鬥機》系列二. 2007-1-17~《軍事小常識：戰鬥機從螺旋槳進入噴氣式》10~15
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. | YST 的回應 | | 2007/01/20 15:15 推薦2 |
| | YST 已經對此欄所有的評論和意見做了回應。內容請閱讀「市長的觀點」。 |
| velocity | | 2007/01/20 02:28 推薦0 |
| | 首先，我認為螺旋槳的漿葉尖端速度與飛行速度是獨立的，也就是無關的，因為它們互相垂直。這種直覺是因為我把聲波當電波看（這也許有點天真，可能是錯的）。如果一束電波是水平方向傳播的（ horizontally polarized ）另一束電波是垂直方向傳播的（ vertically polarized ），這兩股電波傳到同一個接收站，它們是不會互相干擾的。水平電波接收器收不到任何垂直電波的訊號，反過來也是。這就是為什麼衛星傳播電訊要用兩種不同的 polarizations ，因為同樣的頻寬他們可以重複應用，賺兩倍的錢。 An obvious mistake. Velocity is a vector quantity. If both speeds are v, the speed should be sqrt(2)*v=1.414v. 800km/hr * 1.414= 1131.2km/hr I don't know much about the rest of this topic.
本文於 2007/01/20 14:46 修改第 3 次 |
| | 剛剛前往拜訪了你的網誌, 赫然發現你原來就是與大俠齊名的CobraChen!
YST市長, 勸你別再堅持己見了. Dasha與CobraChen都是網上軍武界十多年來響叮噹的名號, 在這方面犯錯的機率幾乎是零, 而我這個老字號市民也同意他們兩位的看法. 所謂聞道有先後, 術業有專攻, 勸你這次還是退一步, 虛心求教吧.
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| | 看到這裡，已經是無言。既然專業的資料被這樣的解釋，那麼，這是我最後一篇的發言，其他的，我會寫在我的BLOG或者是論壇上。 首先，我認為螺旋槳的漿葉尖端速度與飛行速度是獨立的，也就是無關的，因為它們互相垂直。這種直覺是因為我把聲波當電波看（這也許有點天真，可能是錯的）。如果一束電波是水平方向傳播的（ horizontally polarized ）另一束電波是垂直方向傳播的（ vertically polarized ），這兩股電波傳到同一個接收站，它們是不會互相干擾的。水平電波接收器收不到任何垂直電波的訊號，反過來也是。這就是為什麼衛星傳播電訊要用兩種不同的 polarizations ，因為同樣的頻寬他們可以重複應用，賺兩倍的錢。 這段話最大的問題就是把氣體看成是有方向性的，物體在空氣中的移動產生的相對速率變化是看這個物體的移動方式，螺旋槳雖然是轉動，但是他的葉片和空氣的相對速率變化就是和機翼類似，這也是為什麼30年代的薄機翼理論和設計才能夠同樣適用。 我想像中螺旋槳的葉片超音速產生的震波所導致的影響是葉片與葉片之間的影響，所以葉片越長轉速就必須降得越底。但是 mustang 的說法正好相反，把我嚇一跳。 800 公里的時速也非常困擾我，因為海平面的音速是每小時 1,224 公里（每秒 340 米）。 800 公里 / 小時是活塞發動機的極限完全使我困惑，一個神奇的數字。不過，這好像也不是重點。 如果你不知道臨界馬赫數，那麼你無法體會這個之間的差距。 P-51H 的最高速度是每小時 487 英哩（ 784 公里），整整比 P-51D 高出每小時五十英哩，或每小時 80 公里，速度增加的量是非常顯著的（ significant ）。 你完全沒有注意到，H型比D型輕了300公斤，這個重點你忽略了，其他的結論就出問題了。 1.P-51D 螺旋漿的最高轉速 < P-51H 螺旋漿的最高轉速 < 1908 轉 / 分 。 2.P-51D 的 1,695 匹馬力的 Merlin V-1650-7 發動機即使用盡吃奶的力氣也無法增加螺旋漿的轉速到 P-51H 螺旋漿的最高轉速。 你難道不知道主軸和螺旋槳之間有減速齒輪的機構，你這樣的解釋不是根據實際上的設計作的推論。 航空專家和那些寫書的專家，他們把三０年代開始研發航空渦輪發動機最重要的動機歸咎於螺旋槳的轉速受到限制。事實上，直到二次大戰結束，最快的戰鬥機 P-51D 可憐的汽油內燃機使盡了吃奶的力氣也無法增加螺旋漿的轉速，即使這個轉速離安全限制還遠得很。航空專家號稱螺旋槳受音速限制才不得不研發渦輪的鬼話如何能夠服人？ 這段話讓許多人都非常無語，你對高速空氣動力沒有概念的情況下，這種結論實在是令人不知道你究竟是要爭面子還是討論事實。 30年代的活塞發動機出力還不到1000匹的時候就已經出現震動現象而引發研究，結果你自己發明這種理論，假如你真的要知道實際上的情況，就應該尊重那些研究出來的結果，而不是自己發明奇怪的解釋。 話說到這裡，其他的批評，如我上面說的，不會寫在這裡，你要發明就請繼續吧。
本文於 2007/01/19 22:51 修改第 1 次 |
| | 謝謝 mustang 的數篇回應文，讓我更加瞭解設計飛機的複雜。 回齋貓的貼文時還沒有看到mustang的回應文，看了以後有些地方反而更糊塗了，正準備回應就看到「大俠」的貼子，明白了一些事情，但是我的基本信念並沒有改變，那就是，３０年代研發渦輪發動機最重要的動機（motivation）不是螺旋槳的葉片尖端不能超過音速，而是汽油活塞發動機失去開發的潛力。我知道航空工程的書本上一定把這項研發的動機都說成是前者，那是漂亮話，比較有學問的話，專家都這麼讀的書自然就相信這個說法。YST不讀他們的書，所以不受書本影響，全憑常識作判斷。 首先，我認為螺旋槳的漿葉尖端速度與飛行速度是獨立的，也就是無關的，因為它們互相垂直。這種直覺是因為我把聲波當電波看（這也許有點天真，可能是錯的）。如果一束電波是水平方向傳播的（horizontally polarized）另一束電波是垂直方向傳播的（vertically polarized），這兩股電波傳到同一個接收站，它們是不會互相干擾的。水平電波接收器收不到任何垂直電波的訊號，反過來也是。這就是為什麼衛星傳播電訊要用兩種不同的 polarizations，因為同樣的頻寬他們可以重複應用，賺兩倍的錢。 我想像中螺旋槳的葉片超音速產生的震波所導致的影響是葉片與葉片之間的影響，所以葉片越長轉速就必須降得越底。但是mustang的說法正好相反，把我嚇一跳。800公里的時速也非常困擾我，因為海平面的音速是每小時1,224公里（每秒340米）。800公里/小時是活塞發動機的極限完全使我困惑，一個神奇的數字。不過，這好像也不是重點。 YST 用個實際例子來說明自己的看法，這樣最清楚，大家一目了然。 P-51D 野馬戰斗機的螺旋槳有四片葉子，螺旋槳的直徑是11英尺2英寸，等於3.4036米。 簡單的算術告訴我們P-51D的螺旋槳的尖端到達音述的轉速是每秒32轉，或每分鐘1908轉。不管野馬戰鬥機的發動機馬力有多大，這個轉速是絕對不可逾越的。 P-51D 的發動機是勞斯萊斯十二個氣缸的 Merlin V-1650-7，功率是1,695 HP. P-51D 的最高速度是每小時437英哩（704公里）。 P-51H 的發動機是勞斯萊斯十二個氣缸的 Merlin V-1650-9，功率是 2,218HP，比 P-51D 發動機的功率高出 523 匹馬力。這個發動機用了新的增壓器。 P-51H 主要的改變是機身稍微長一點，並且把垂直尾翼增高大大增加了水平方向（yaw）的穩定性。所以 P-51H 的重量應該略微增加，但是最重要的是螺旋漿沒有任何改變，所以轉速的限制是相同的。 P-51H 的最高速度是每小時 487英哩（784公里），整整比 P-51D 高出每小時五十英哩，或每小時80公里，速度增加的量是非常顯著的（significant）。 好了，我們都知道螺旋槳飛機要增加速度唯一的方法就是增加螺旋漿的轉速，不可能有第二種選擇。因此我們可以得到下面的結論： 1.P-51D 螺旋漿的最高轉速 < P-51H 螺旋漿的最高轉速 < 1908 轉/分 。 2.P-51D 的 1,695 匹馬力的 Merlin V-1650-7 發動機即使用盡吃奶的力氣也無法增加螺旋漿的轉速到 P-51H 螺旋漿的最高轉速。 3.P-51H 螺旋漿的最高轉速是安全的。 4.P-51D 的速度不能提高不是因為它的螺旋槳受到葉片不能超過音速的限制，而是因為它的發動機馬力不足。 P-51D 是YST最喜愛的螺旋槳戰鬥機，也是第二次世界大戰速度最快的螺旋槳飛機。P-51H 入役的時候，第二次世界大戰已經結束了。 航空專家和那些寫書的專家，他們把三０年代開始研發航空渦輪發動機最重要的動機歸咎於螺旋槳的轉速受到限制。事實上，直到二次大戰結束，最快的戰鬥機 P-51D 可憐的汽油內燃機使盡了吃奶的力氣也無法增加螺旋漿的轉速，即使這個轉速離安全限制還遠得很。航空專家號稱螺旋槳受音速限制才不得不研發渦輪的鬼話如何能夠服人？ YST 用實際的例子和最簡單的邏輯証明專家和書本上號稱的研發動機是謊言。為什麼他們說謊（扭曲事實）？因為他們愛面子，寫書的人尤其喜歡說漂亮話，用大定理來唬人，炫耀他們的學問。其實動機永遠是最自然的，而簡單的思路最自然。但是專家們如果用簡單的方式說話，別人就不那麼尊敬他們了。 另外一件事是我很明瞭渦輪發動機也有相似的問題，而且有切身之痛。怎麼說呢？那是多年前我買了一部有增壓器發動機的汽車，不到一年被我燒掉兩個 turbo charger。工人搞不懂，最後修理廠有個行家工程師，他出來跟我解釋說他們的 turbo charger 需要特殊潤滑油，市面上沒有，只有他們廠才有，他每個月定量進口。你說，這渦輪不是豆腐做的嗎？後來那輛車子被我低檔爬長坡把發動機燒掉了。小小一個汽車發動機的增壓器都這麼麻煩，害死人，何況複雜、大功率的航空渦輪發動機。YST 從來不敢小看渦輪這玩意兒。 最後，mustang 老兄，你是金庸迷嗎？說話老是非也、非也的。我也愛看他的武俠小說，但是比較喜歡令狐沖。 |
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2007年一月YST的《軍事小常識：戰鬥機》系列二. 2007-1-17~《軍事小常識：戰鬥機從螺旋槳進入噴氣式》6~9
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. | | 嗚哇, 台灣首席軍武+動漫老前輩出手了, 感激不盡.
有空請再多翻譯幾本戰車學校
(或是大和撫子007也好...不, 是更好 XD )
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| 幫忙轉貼 | | 2007/01/19 12:11 推薦2 |
| | 幫大俠轉貼他寫的
小弟剛剛去註冊發言,沒想到寫了八大條卻好像沒有辦法傳上去......還我的時間來啊!
沒辦法,重寫在這邊,看哪位幫小弟轉貼好了:
1.推重比的概念是噴射引擎出現後才有的,活塞時代用的是馬力荷重比,這個也用到現在的渦輪螺旋槳引擎.不要把產品誕生時還不存在的概念亂套.
2.活塞引擎在1950年代還有繼續發展,B-36用的引擎以後萊特還打算發展更大的,計畫輸出功率7000馬力,不過測試才到5000馬力時公司倒閉......
3.F -80/T-33用的引擎J-33推力約2200公斤,這引擎改成渦輪活螺旋槳以後用在我們要買的P-3上,輸出功率變成6600軸馬力+400公斤推力,耗油不變......還有一個不怎麼精確的經驗公式,就是噴射引擎改成渦輪螺旋槳引擎時,推力大概會增為5倍.這告訴我們螺旋槳絕非沒有增大推力的可能性,噴射也不是比較省油或推重比較高甚至推力較高的設計.
4.要研究燃油效率,就要拿活塞引擎汽缸內的壓縮比及油氣混合比,與渦輪系列引擎的類似數值比較.這個小弟要回去翻書才找得到確實數據,但活塞的這些數據通常比渦輪的漂亮.
5.螺旋槳極限約800km/hr是當年的看法,現在噴射推進與螺旋槳推進的效率轉換點大概在640km/hr,那之上換噴射引擎會比較省油.
6.螺旋槳翼端速度與飛機的飛行速度還是有關的.基本上螺旋槳的翼端氣流速度,是螺旋槳的轉速(要乘以圓周換成距離)加上飛行速度的合向量,由於雙方大致是夾90度,所以可以用商高定理(畢氏定理)來算.數學與物理才有用,直覺是沒有用的.
7. 音障的問題可以這樣講:飛機在空氣中飛行時機身會產生低頻震盪,低頻陣的會產生低頻聲波以音速向四周傳播,這些聲波的效果就像電視上看到重要人物前後的隨扈,或進出警局與法院的關鍵人物前後的警察,會幫你先趕開一些人,減少擋你的人,讓你快一點上下車.可是當飛機到達與超過音速時,聲波沒有你快,那狀況就像沒了隨扈與警察的重要人物,記者會死擋著你,那阻力就高很多了.而如果被擋的是前世界重量級拳王泰森還好,他用力擠還是能很快前進,可是假如是總統夫人吳女士那樣殘障又瘦弱的人呢?豈不被擠倒了?螺旋槳就是這樣脆弱的東西.而且碰到音障後,螺旋槳的推力雖然不會嚴重降低,但阻力卻會不成比例的嚴重升高, 阻力高於推力時你就別想加速了.
8.那用一堆小螺旋槳可不可以超音速飛行?基本上在機首主震波後的氣流雖然會減速,但因為你整個飛機還是在超音速狀態,所以相對速度很快還是會加回來,然後產生更多的震波.螺旋槳因為轉動,會比機身其他部份的速度更高,不管你怎麼設計,就是會先碰上震波,無法逃避.
9. 飛機分代的工程很大,因為當年這個劃分就是一個可以告上消基會而且絕對可以勝訴的不負責任廣告詞,偏偏大家積非成是,現在很多劃分就不好改了.想從螺旋槳時代談起,建議可以先看看小弟在全球防衛雜誌2005年12月號到2006年1月號的文章.單純噴射時代分代的話,更早一點小弟也有一篇全球防衛的文章是講這個的,但那一期就忘了.
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| | 五０年代在設計最新飛機的時候都還採用螺旋槳，三０年代憂慮螺旋槳葉的尖端會超音速是不能服人的，這不過是理論上的漂亮藉口。當時真正的問題是汽油活塞發動機已經沒有開發的潛力，活塞發動機不可能全時間做工是它先天的致命傷，研發渦輪動力是最自然的方向。既然渦輪發動機不用螺旋漿，螺旋槳葉片不能超音速的問題也就不存在了，一箭雙鵰，把螺旋槳未來的問題也一併解決了。 1.50年代還在設計螺旋槳飛機是因為那是過渡期間，以及當時噴射發動機的效率不佳，對於航程需求有很大的問題。 2.30年代發現螺旋槳的極限不是理論，實際上理論是後來才有的，先發現的是現象，也就是發生震動導致木質螺旋槳甚至會有斷裂的危險，而當時知道的是比較薄的翼剖面能夠延緩這個現象的發生，實際上的理論是後來才建立並且驗證的。 這和汽油辛畹值是類似的，都是先有現象出現，實際上怎麼去解釋和建立理論是後來的研究。 3.活塞發動機受到限制的地方還包括增壓器，這是一般人不清楚的部分。 4.你可能不知道，噴射發動機的壓縮和渦輪葉片也有接近音速會出去效率的問題，所以過去很多發動機有問題，後來需要研究出特殊的葉片形狀以及可動定子和轉子都有關係。因此並不是沒有問題，而是這個問題已經在螺旋槳的使用上被了解了。 最後，活塞發動機還有柴油的型態，不是只有汽油。只是用柴油的不多，德國在二戰前開發的Ju 86高空轟炸/偵察機就是柴油的。 |
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2007年一月YST的《軍事小常識：戰鬥機》系列二. 2007-1-17~《軍事小常識：戰鬥機從螺旋槳進入噴氣式》1~5
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. | | 多謝齋貓的解說，現在有概念了。我不是這一行，所以不了解也沒有深究它發展的歷史。 因為沒有看過實驗的數據，所以我有很多想法也許是不實際的，說出來專家不要笑話。譬如我仍然認為如果用很多小螺旋槳一樣也可以超音速。也並不見得一個螺旋槳就一定要有一個發動機，只要利用轉向齒論，一根轉動的軸可以帶動一排螺旋槳，問題是轉軸有沒有足夠的馬力。 我也知道飛行速度越高，機身就要越細長，也就是說機翼越要往後掠。所以只要機身在齋貓解釋的衝擊波的圓錐範圍內，翅膀上左右都裝上一整排螺旋槳，機身中間裝一個強有力的發動機，用轉向齒論就可以帶動所有的螺旋漿，一樣可以超音速。所以問題不在螺旋槳上，而在發動機的輸出功率上。汽油活塞發動機做不到。 其實我上一篇的第三個問題是有意義的。 很久以前，我問過一個學航空的老美，兩片葉子的螺旋槳和四片葉子的螺旋槳那個效率高？ 他說，兩片。 我說，那為什麼有的飛機要用四片？ 他說，用兩片葉子會碰到地。 所以我一直有印象（有可能是錯誤的直覺），至少在二戰以前槳葉尖端不能超音速是理論而不是實際考量，因為離開必須考量的距離還遠，他們更擔心的是葉片會打到地面。 我最重要的想法是上一篇最後一段的紅字部分。所有的問題都出在汽油活塞發動機輸出的功率不足以增加飛機的速度，而不是螺旋槳本身。這就是為什麼只要發動機的力量夠，Tu-95用八個螺旋槳一樣可以達成任務。五０年代在設計最新飛機的時候都還採用螺旋槳，三０年代憂慮螺旋槳葉的尖端會超音速是不能服人的，這不過是理論上的漂亮藉口。當時真正的問題是汽油活塞發動機已經沒有開發的潛力，活塞發動機不可能全時間做工是它先天的致命傷，研發渦輪動力是最自然的方向。既然渦輪發動機不用螺旋漿，螺旋槳葉片不能超音速的問題也就不存在了，一箭雙鵰，把螺旋槳未來的問題也一併解決了。 飛行器是一個非常實際的東西，沒有應用就沒有需要，沒有需要就不會花大錢作研發。我討論問題主要憑基本概念和直覺，而不靠高深理論，因為直覺的東西最有說服力。號稱因為螺旋漿葉不能超過音速所以要研發渦輪發動機是違反常識，也就是違反直覺的，因為當時並沒有螺旋槳不能解決的問題，不應該承擔活塞發動機被淘汰的原罪。後來的渦輪螺旋槳就是明証。 直覺當然有可能會錯，所以我常用各種不同的角度和已經知道的事物來檢查自己的判斷。渦輪發動機就是一個例子。我深信當年航空渦輪發動機的研發最主要的（實際）理由是尋求更大的功率而不是為了解決螺旋槳的問題。你想想，螺旋槳的問題在當時是可以繞過去的，而汽油活塞發動機的功率問題是繞不過的。把未來的問題當成現在必須發展的主要理由不過是一個漂亮的學術藉口罷了。學術界最喜歡做這種事，理論家都喜歡說漂亮話。 我們討論的焦點是科技發展的motivation，所以最自然、最合常理的motivation才是最主要的motivation，而不是在事後找一個最漂亮的。 齋貓兄，你是個聰明人，希望這番討論你會有興趣。 |
| | 你所提到的問題牽涉到活塞發動機的發展，替代推力的研究，二戰時期的運用，增壓器，螺旋槳設計和效率的考慮，高速空氣動力學的發展和影響等等。我不見得都能夠給你滿意的答案，最好的方式還是去看專門一點的資料。中文的印象中只有古老的徐氏基金會出版的飛機設計的相關書籍有一些。 先說螺旋槳的設計和效率好了。首先，Tu-95是同軸反轉螺旋槳，這個設計等於是在一個發動機上面套上兩個螺旋槳，如果還加上渦輪螺旋槳本身的一點推力，因此他的效率是來自兩個螺旋槳的關係。 螺旋槳與活塞發動機主軸之間是透過減速齒輪來驅動，將動力傳遞到螺旋槳，然後以反作用力的型態提供飛機前進的力量。在這個轉換過程當中，能夠更有效的轉換發動機的輸出是一個關鍵。 當發動機的出力愈來愈大的時候，表示轉速愈來愈快，而螺旋槳的轉速也會愈快，螺旋槳其實就像是一個機翼般的氣動力面，也需要考慮到與氣流間的交互作用，包括震波和剝離的問題，這個後面再解釋，因為這是高速空氣動力考慮的地方。 但是，轉速愈高，輸出也愈大，直到螺旋槳的效率達到頂點為止，所以，設計者不會希望利用減速齒輪將螺旋槳轉速維持在較低的範圍，因為這等於是浪費發動機產生的能量。那麼，為了有效的吸收較大的馬力，並且轉換到飛機的飛行速度上，螺旋槳第一個設計上的改變就是利用金屬和薄翼剖面設計來增加高速時的效率。 接下來，設計者有兩個選擇，而你注意一下二戰的飛機，尤其是戰鬥機的螺旋槳，你歸納一下可能也會發現，這兩個選擇分別是加大直徑或者是增加葉片數量。譬如噴火早期是兩葉木質螺旋槳，後來是三葉，然後是四葉，F4U的起落架因為要配合較大直徑的螺旋槳而作成逆海鷗型，這些都是變化之一。 這兩個選擇都有極限。增加直徑比較容易了解，因為直徑高了，尖端速率會變慢，因此能夠轉的更快而不會比小直徑更快達到上限，但是這就會增加飛機的高度以便留下足夠的安全空間，同時結構的強度也需要考慮。飛機高度增加就會增加起落架設計的問題。 增加葉片數量就是將輸出的部分分散到較多的葉片上，所以出力增加但是轉速不用增加。可是，葉片不能無限制增加，過於靠近的葉片之間會互相干擾，反而降低效率，因此葉片數量也是有極限，而這個極限也和葉片的直徑有關係。 所以設計上需要同時考慮兩者，在40年代複雜翼剖面和加工技術都不如現在的時候，加上飛行速度800公里/時的科學障壁，這就變成一個很難跨過去的問題。 二戰末期一個解決方案開始出現，那就是同軸反轉螺旋槳，你可以把這個設計看作是增加葉片的一個變形，只是分配到兩個螺旋槳上面，英國有不少二戰後還在服役的戰鬥機都有採用這個設計，俄國是讓他發揚光大的最佳例子。 從上面的描述，同軸反轉也是以增加葉片的方式來吸收發動機的輸出並且轉換成推力，這是一個好的設計，但是，在機械上的困難度相當的高，維修也很困難。那俄國為什麼要用？ 也是效率。俄國在噴射發動機的發展起步早，但是成果被二戰打亂，因此在效率的發展上落後英美兩國，這就影響到他們的轟炸機的航程，即使通過北極，不經過空中加油，俄國早期的轟炸機在來回任務上甚至難以達到芝加哥以南的目標，因此圖波列夫在銜命發發展新轟炸機的時候又回頭去用螺旋槳，反而早就一個奇蹟。 這個部分就解釋到這裡，有問題我們再討論。 |
| | 從mustang棧友的文章看來, 的確是一位專家, 至少也是相當有心得的同好. 我不是專家, 但是自認可以回答YST市長大部分的問題, 所以把問題先行解釋如下:
>1.為什麼螺旋槳的漿葉尖端速度如果超過音速就不再增加推力？如果超過音速會怎樣？
很簡單: 螺旋槳尖端會被自己產生的衝擊波摧毀. 所有以超音速在空氣中運動的物體都會產生衝擊波, 形狀呈圓錐形, 速度愈快角度愈小
(圖片來源: Wikipedia)
衝擊波的威力足以摧毀機體本身, 所以高速的噴射機其外形必然細長, 否則暴露在外的部分會被硬生生削掉. 同理, 以音速(甚至超音速)轉動的螺旋槳尖端所產生的衝擊波會把下一片槳葉甚至一部分機鼻給削掉.
>2.螺旋槳的漿葉尖端速度與飛行速度有任何關係嗎？直覺上應該沒有。 你的800公里/小時的“平衡點”是指漿葉的尖端速度還是飛機的飛行速度？ 如果我用很多小螺旋漿，是不是也能超音速飛行呢？
要增加推進的速度, 最直接的辦法就是增加螺旋槳的轉速, 可是前面已經說過, 轉速不能到達或超越音速. 另外, 速度到了這個地步, 每增加一馬力所能獲得的速度已經愈來愈少(邊際效益下降), 稱為wave drag, 用更大馬力的發動機已經不划算.
至於用很多小螺旋槳, 那其實也不可能, 因為每增一具螺旋槳就要增加一具發動機, 邊際效益會愈來愈低, 最後增加的重量和油耗可能還會使速度不增反減.
>3.為了防止螺旋槳漿葉的尖端速度超過音速，我們可以把螺旋槳變短，把槳葉數目增加。這麼做的優劣點在那裏？
槳葉縮短一半, 其推進面積就會驟減為四分之一, 絕對划不來. 增加槳葉數目或可以增加低速時的扭力, 但無法提高推力或最高速度.
>4.如果航空汽油發動機還有改進的空間而螺旋槳是原罪，為什麼現在還流行渦輪螺旋槳（Turboprop）？這難道不是放棄汽油發動機但是不放棄螺旋槳嗎？
唉呀呀, 我看市長的發文就有這個不好的預感, 沒想到被我料中: 市長陷入了"汽油", "螺旋槳"等等的迷思, 而不是問題的核心: 往復式發動機與渦輪式發動機(以下簡稱渦輪機, 雖然渦輪機不全是發動機, 也可以是發電機等等)的分別.
這兩種發動機都有久遠的歷史, 重點不在用哪一種燃料推動發動機(例如蒸汽引擎和蒸汽渦輪機就都還在使用), 而在於往復式是利用活塞與曲柄, 把往復(前後, 上下等)運動轉變為旋轉運動, 而渦輪機則是利用扇葉的排列(定子與轉子)直接把推進力(可以是水, 以燃料煮水產生的高壓蒸汽, 或是用燃料直接在空氣中燃燒所產生的高溫氣體)轉換成旋轉運動.
在低速時, 往復式發動機有比渦輪機省燃料的優點, 可是速度一旦提昇, 往復式發動機就會產生震動, 因為它的活塞運動方向與大軸的轉向不但不同, 應該說根本就不是同一種運動方式, 而渦輪機因為本身就與大軸一樣在旋轉, 所以沒有這種問題(旋轉產生的力矩則又是另一個問題, 但相形之下比較輕微, 在此暫不討論).
另外, 螺旋槳從來就沒有被"放棄", 只是驅動它的由往復式發動機改成了渦輪機(輕航機除外, 因為輕航機根本無法也沒有必要高速飛行). 現行的渦輪發動機基本上有四種(或是3.5種, 因為最後一種是衍生型且尚未成熟):
渦輪噴射(turbojet): 最早誕生的渦輪引擎, 沒有風扇或螺旋槳, 所有進氣都會進入燃燒室, 適合高空高速運轉, 因為低速時既耗油又吵, 所以現在已經很少有飛機使用.
渦輪扇(turbofan): 目前最廣泛使用的引擎, 是在渦輪噴射引擎前方加裝一組風扇(基本上是扇葉很多的螺旋槳),
其直徑從比引擎稍大(低旁通比, 位於機身內)到比引擎大兩到三倍(高旁通比, 大型機用, 多為外吊引擎艙)都有, 在低速時主要靠風扇的推力推進,
原理類似螺旋槳, 但隨著速度提高, 由廢氣直接推進所佔推力的比例會愈來愈高.
前述的"旁通比"指的就是經風扇但不進引擎的氣流與進入引擎幫助燃燒的氣流比, 愈高在低速愈省油, 但也愈不適合高速飛行,
因為風扇所產生的推力在超音速時已完全不能與廢氣所產生的推力相比.
渦輪螺旋槳(turbofan): 引擎的廢氣完全沒有直接提供推力, 只用來推動引擎最後段的渦輪機, 帶動大軸, 再用減速齒輪組帶動螺旋槳. 雖然比起往復式發動機, 渦輪螺旋槳能使飛機速度更快, 但不一定更符合需要, 譬如說國軍的S-2C在換裝渦輪螺旋槳變成S-2T之後, 速度變快, 滯空時間卻變短了, 而反潛機的滯空時間比起速度要重要得多.
螺旋扇(propfan): 一種新型引擎, 扇葉比渦輪螺旋槳短但比渦輪扇長, 所以是裝在引擎外部, 但與引擎共用一個大軸(而不是像渦輪螺旋槳, 扇葉與引擎不在同一軸線上), 引擎廢氣則提供一部分推力, 號稱在低速時與渦輪螺旋槳一樣省油安靜, 又能達到近似於渦輪扇一樣的速度. 它的槳葉形狀也迥異於傳統的螺旋槳, 採用後掠造型以提昇效能.
(圖片來源: Wikipedia)
>Tu-95和B-52是同一時間的產物和對手，Tu-16有８個螺旋槳，B-52有８個噴氣發動機。
Tu-16"獾"(Badger)用的是兩具turbojet, 別弄混了. Tu-95就是希望同時擁有比往復式發動機更高的速度, 又能有極長的續航力, 才採用turboprop. 不過它的同軸反轉螺旋槳就苦了機組員們: 槳葉的(不當)設計使得Tu-95成為史上最吵的飛機之一, 很多機組員都因此聽力受損.
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| | 閣下肯定是飛機設計的專業人才，很可能還是航空動力方面的專家。我們很想聽聽你的意見，希望你能夠用深入淺出的方法解釋下面的問題使普通人都能瞭解。 1.為什麼螺旋槳的漿葉尖端速度如果超過音速就不再增加推力？如果超過音速會怎樣？ 2.螺旋槳的漿葉尖端速度與飛行速度有任何關係嗎？直覺上應該沒有。 你的800公里/小時的“平衡點”是指漿葉的尖端速度還是飛機的飛行速度？ 如果我用很多小螺旋漿，是不是也能超音速飛行呢？ 3.為了防止螺旋槳漿葉的尖端速度超過音速，我們可以把螺旋槳變短，把槳葉數目增加。這麼做的優劣點在那裏？ 4.如果航空汽油發動機還有改進的空間而螺旋槳是原罪，為什麼現在還流行渦輪螺旋槳（Turboprop）？這難道不是放棄汽油發動機但是不放棄螺旋槳嗎？ 5.俄國的 Tu-95（熊式）是五０年代研發的洲際轟炸機，用的就是渦輪螺旋槳。Tu-95有四個發動機，每個發動機推動兩個旋轉相反的螺旋槳，這麼做的好處在哪裏？ 事實上，Tupolev 最先是考慮用活塞發動機的而且用Tu-4修改後做了一個原型機，結果不滿意而被放棄。顯然是汽油內燃機的功率不足。 Tupolev 也反對用噴氣發動機，因為航程不足。 Tu-95和B-52是同一時間的產物和對手，Tu-16有８個螺旋槳，B-52有８個噴氣發動機。Tu-95 和 B-52比較，航程一樣，最高時速Tu-16還高出五十公里。 結論： 1.mustang老兄，你是航空專家，我相信你說「螺旋槳的尖端不能超過音速」是正確的。雖然我不懂其中的道理，但是曾經聽朋友提起過這現象，只是未深究，因為我不在這一行。希望你能對這個物理現象有更清楚一點的解釋，增進我們的瞭解或是滿足一般讀者的好奇。 2.我也相信你說「研發噴氣發動機是因為螺旋槳的效率在槳葉尖端接近音速時會降低」，這是專家們的說法，比較學術性，但是不容易說服一般人。 3.我的觀點是： 即使螺旋漿的效率完全不受漿葉尖端的速度限制（上帝改變主意），噴氣發動機還是會發展的，這是因為汽油內燃機能夠輸出的功率比渦輪發動機差太遠了，不止一個數量級。對航空發動機而言，汽油內燃機已經沒有潛力，螺旋槳的考慮應該是次要的。 Tupolev 在設計 Tu-95 時放棄活塞發動機但是採用螺旋槳，就是最佳的証明。 |
| | 汽油內燃機在飛機上的應用在第二次世界大戰的時候就已經發展到了極限。科學家知道，如果要在不損失「推重比」的情形下增大馬力，汽油內燃機已經沒有什麼值得開發的潛力了。為了追求飛機更高的速度，科學家必須放棄內燃機，另起爐灶。
二戰末期出現噴射發動機的原因不是因為汽油內燃機已經達到極限，實際上更大的航空用汽油內燃機在二戰末期還不斷的出現。 關鍵不是出在發動機本身，而是產生推力的螺旋槳上面。打從1930年代初期金屬螺旋槳和薄翼可以運用在設計上之後，很快的螺旋槳的極限就已經被發現，以當時對於高速空氣動力的了解（音速還是到40年代才確定），各國的研究所發現的是在時速大約800公里/時就是當時所能達到的最大平衡點，這時候合理設計的螺旋槳的葉稍已到達音速，再增加轉速也無法提高輸出的效率，因此，假如要繼續提高飛機的速度，必須採用其他替代動力來源。 德國，英國，蘇聯，瑞典這些國家都是在這個時期逐漸投入相關的研究，美國起步慢很多，要等到阿諾德拜訪英國之後帶回英國提供的資料和數據才開始進行相關的發展。而歐洲在二次大戰以前是空氣動力發展的重鎮，高速飛行理論的研發，像是後掠翼與三角翼的數學模型都是德國先發表的。美國不是沒拿到，只是當年去義大利聽發表的四位大師會到美國就忘記了。 因此，極限的根源是螺旋槳，發現的時間在二戰爆發前10年已經開始注意到並且進行研究。 |
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2007年一月YST的《軍事小常識：戰鬥機》系列二. 2007-1-17~《軍事小常識：戰鬥機從螺旋槳進入噴氣式》
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. 城市討論區：軍事小常識：戰鬥機從螺旋槳進入噴氣式
YST 政治社會∕政治時事 天下縱橫談 2007/01/17 21:00:11 .  軍事小常識：戰鬥機從螺旋槳進入噴氣式 | | 2007/01/17 21:00 瀏覽889｜回應15｜推薦10 |
| | 在上一篇文章我們說明自從萊特兄弟發明飛機，所有飛機的發動機都是清一色的汽油內燃機，因為它的「推重比」最高。 如果你不太明瞭每天為你服務的汽車內燃機它的工作原理是甚麼，沒關係，YST一分鐘就讓你徹底明白。 我相信你在電影裏一定看過我們的老祖宗如何用手推動石頭磨子磨豆漿、做豆腐，是嗎？ 磨子是由上下兩層厚厚的圓形石頭構成的，泡軟的黃豆就在這兩塊大石頭中間被磨碎。兩塊石頭是同心圓，下層石頭上面的圓心和上層石頭下面的圓心都有一個幾寸深的洞，老祖宗放一節小木棍在上下洞中就把這兩塊同心圓的石頭固定了。下面那塊石頭是不動的，上面那塊圓形石頭在圓週邊上有一個洞，主人做一根Ｔ型長木棍，小伙子雙手握著Ｔ型有柄的那一頭，棍子的另一頭頂端一小節向下彎九十度正好放進上層石磨邊上的小洞裏。為了省力，Ｔ型木棍有柄的一端繫上一根繩子掛在屋樑上，這樣小伙子就只做水平運動不花力氣在抬這個長木棍上。 做工時，當石磨上的小洞最接近小伙子時（６點鐘方向），小伙子上身直、手臂彎。然後小伙子將手臂用力推出，上身跟著向前傾，於是石磨轉動了。當石磨上的小洞離開小伙子最遠時（１２點鐘方向），小伙子手臂伸直、上身非常前傾。然後小伙子將手臂用力收回，身跟著向後仰，石磨就繼續轉動。當石磨上的小洞回到最接近小伙子時（６點鐘方向），小伙子恢復上身直、手臂彎。這就完成石磨一圈的轉動。然後不斷重複，小伙子這就磨出香噴噴的豆漿，再做成可口的豆腐。 內燃機原理跟小伙子推磨完全一樣，只不過把Ｔ型長木棍換成一節鐵棍，轉動的上層石頭換成一根轉動的鋼軸，最後把小伙子換成汽缸，他的雙臂就是活塞。內燃機不是磨子，所以下面那塊石頭不是重點。 我們用四沖程的內燃機做例子，看看內燃機怎麼跟小伙子一樣地做工。 為了方便解釋，讓我們轉九十度把內燃機活塞運動的方向從水平前後動變成垂直上下動。看過小伙子推磨，我們就不難想像： 有一個活塞在汽缸內上下運動；小伙子坐在板凳上手臂前後伸縮、身體前傾後仰。 活塞的下方連接一個活動的金屬臂；小伙子手握著Ｔ型長木棍。 金屬臂的另一端連結一個轉動的鋼軸；Ｔ型長木棍另一頭向下彎九十度放進上層石磨邊上的小洞。 活塞每上下一次，這個鋼軸就旋轉一圈；小伙子手臂每伸縮一次，石磨就轉一圈。 活塞在汽缸內不停地上下運動；小伙子坐在板凳上不停地手臂前後伸縮、身體前傾後仰。 於是金屬臂帶動鋼軸不停地旋轉；於是Ｔ型長木棍推動石磨不停地轉動。 你看，道理完全一樣，而且一個會不停地旋轉的鋼軸用處可多了。旋轉的鋼軸經過齒輪帶動車輪和螺旋槳，推動了汽車、輪船、與飛機。 好了，現在唯一剩下的工作就是如何設計使活塞能夠在氣缸內不停的上下運動。 每個氣缸的上方有４樣東西：一個可以開關的進氣閥門，一個可以開關的排氣閥門，一個噴油器，和一個電子點火的火花塞。它們工作的方式如下： 第一階段是「進氣」：活塞此時在最頂點，打開進氣閥門，關閉排氣閥門，活塞開始向下運動，新鮮空氣進入汽缸。 第二階段是「壓縮」：當活塞到達最下方的時候，同時關閉進氣閥門與排氣閥門，噴油進氣缸，活塞開始向上運動。 第三階段是「燃燒」：當活塞到達最頂點的時候，電子點火，火花塞發出的火花點燃汽油與空氣的混合物，燃燒使汽油從液體變為氣體產生劇烈的高溫膨脹推動活塞向下運動。 第四階段是「排氣」：當活塞到達最下方的時候，關閉進氣閥門，打開排氣閥門，活塞開始向上運動，燃燒後的廢氣由排氣閥門排出氣缸。 汽油內燃氣如此就完成了一個周期。然後重複，回到第一階段的「進氣」開始下一個週期。你看，如此不斷重複，活塞不是就這樣不停地上下運動了嗎？ 好了，解說完畢。這就是每天為你服務的內燃機，多麼簡單，現在你已經非常瞭解汽油內燃機是如何工作了。 如果你是有錢的大爺，當你的賓士轎車在自由路上以一百公里的時速飛奔時，８缸發動機的轉速大約是每分鐘三千轉；如果你是辛苦的打工仔，當你的本田轎車以一百公里的時速飛奔時，４缸發動機的轉速大約是每分鐘五千轉。想想看，每個汽缸每秒鐘要開閥門、關閥門、吸氣、排氣、點火將近百次，是非常忙碌的，順序一點都錯不得。科學家真偉大，設計出這麼美妙的機器為我們日夜服務，比小伙子聽話多了，又不會回嘴。 一百年前，一個特別用鋁製造的、能輸出十二匹馬力、並且只有一百七十磅重的汽油發動機，給萊特兄弟足夠的「推重比」使他們的飛機靠本身發動機的力量飛上了天空。 汽油內燃機把人類帶入了動力飛行，比坐氣球飛行自由多了，這是一個非常、非常偉大的里程碑。 最早的飛機飛不快。萊特兄弟第一次真正有意義的飛行是在１９０５年１０月５日，哥哥韋伯（Wilbur）用３９分２３秒飛行了二十四英里，他不能飛更遠的原因是因為汽油用光了，韋伯是油盡後飄下來的。但是請注意，如果韋伯多帶汽油，他就很可能飛不上天，所有飛機設計者都知道這一點。「最大起飛重量」是非常重要的飛機性能指標。這次飛行平均速度每小時三十七英里（五十八公里），比馬快不了多少。 
這張就是１９０５年１０月５日萊特兄弟飛行表演的照片。哥哥韋伯飛行了二十四英哩，在汽油用盡後平安降落。韋伯驕傲地說：這是人類第一架實用的飛機（the first practical airplane ）。 經過後人不斷的改良，飛機飛行的速度、高度、和距離都不斷的增加。戰爭是飛機進步最大的推手。兩次世界大戰快速地推動新飛機的研發，不停的推陳出新，飛機的性能在短短的四十年間突飛猛進。（註） 汽油內燃機在飛機上的應用在第二次世界大戰的時候就已經發展到了極限。科學家知道，如果要在不損失「推重比」的情形下增大馬力，汽油內燃機已經沒有什麼值得開發的潛力了。為了追求飛機更高的速度，科學家必須放棄內燃機，另起爐灶。 讓我們回想一下剛剛敘述的內燃機的工作原理。仔細想想，氣缸不斷重複的有四個工作流程，吸氣、壓縮、燃燒、排氣，其中只有在「燃燒」這個過程裏活塞在氣缸內真正產生了動力，其他三個過程都是白搭。由於四個階段劃分的時間都是一樣的，所以活塞雖然不停地上下運動，但是真正出力作工的時間只有四分之一，其他四分之三的時間都在忙著排廢氣、吸空氣、和壓縮油氣混合物，這三個過程對產生動力並沒有任何貢獻。 所以真正說來，內燃機的工作和小伙子磨豆漿是不一樣的。小伙子無時無刻不在賣力工作，而內燃機有四分之三的時間在偷懶。你想想，如果小伙子也這麼幹，早就被老闆炒魷魚了。是不是？ 你說的不錯，德國科學家最早決定炒內燃機的魷魚，他們要找一個和小伙子一樣不停苦幹的發動機。苦思之下，聰明的德國科學家發明了噴氣式發動機。 噴氣式發動機的工作原理是使用高速轉動的渦輪葉片來壓縮空氣，被壓縮的空氣進入燃燒室和油料混合燃燒，燃燒後高溫膨脹的氣體高速向後排出而產生向前的推力（希望您沒忘了初中學的牛頓第三定律）。由於沒有開關的閥門，這一連串的過程雖然有先後次序但是都是同時連續地進行，沒有絲毫中斷，有別於內燃機。 噴氣式發動機是連續燃燒油料推動渦輪產生動力，所以它百分之百的時間都在做工輸出動力，當然效率上比走一步停三下的內燃機要高得多。同樣的重量，噴氣式發動機產生的動力可以比內燃機高出許多倍。這是革命性的改變！ 一九四二年，世界第一架噴氣式戰鬥機誕生了（見下圖）。 
世界最早的噴氣式戰鬥機，德國梅塞史密德公司（Messerschmitt）研發的 Me-262，速度遠超過當時世界所有其他機種，機首裝有４門30毫米機關炮，火力強大。 Me-262 在一九四二年７月首飛，隨後小量生產。 Me-262A-1a 在一九四四年５月開始量產，取名「燕子」，並立即投入戰鬥。 德國噴氣式戰鬥機的出現讓盟軍的轟炸機隊吃足了苦頭，軍事家們知道飛機的新時代已經來臨。Me-262 並沒有改變戰爭的結果，但是留下一段有趣的故事在下一篇討論。 Me-262 使人類進入了噴氣式飛機的時代，在１９０５年萊特兄弟創下持續的動力飛行以後，這是人類飛行歷史的第二個里程碑。 （未完待續） 註： 第一次世界大戰，英國的 SE5a 戰鬥機和法國的Spad XIII戰鬥機最高速度都達到每小時222公里並且裝有兩挺機關槍。德國的Fokker DR I 戰鬥機最高速度達到了每小時188公里，也裝有兩挺機關槍。 第二次世界大戰，飛機的進步就更不得了了。 德國的 Messerschmitt Bf 109 G-6 戰鬥機的最高速度到達每小時640公里，升空極限12,000公尺，航程850公里。 英國的 Supermarine Spitfire Mk VB 戰鬥機最高速度每小時605公里，升空極限11,300公尺，作戰半徑760公里，最大航程（航渡距離）達到1,840公里。英國生產了兩萬架 Spitfire。 日本的Mitsubishi A6M5 Zero "Zeke" 零式機最高速度每小時533公里雖然相對較低，但是它的最大航程居然達到3,105公里，真是不可思議。 美國的P-40E，Warhawk戰鬥機最高速度每小時580公里，升空極限8,800公尺，航程1,100公里。 美國的 P-47D Thunderbolt戰鬥機最高速度每小時685公里，升空極限13,100公尺，最大航程1,290公里。 美國的 P-51D Mustang 戰鬥機最高速度每小時703公里，升空極限12,770公尺，最大航程2,655公里（帶副油箱）。 中華民國的空軍曾經裝備P-40E，P-47D，與P-51D。 |
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2007年一月YST的《軍事小常識：戰鬥機》系列一. 2007-1-14~《軍事小常識：戰鬥機》6~9
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. | | >在此我要請教齋貓一個問題。我知道米高揚（Mikoyan）是俄羅斯有名的飛機設計局，那麼格瑞梅曲（Gurevich）是不是一家飛機製造廠呢？
設計局是兩人合夥成立的, 所以也把兩人的姓氏合在一起. 1970年Mikoyan去世之後, 設計局全名就把Gurevich拿掉了(原因我就不知道了...為了紀念Mikoyan嗎?), 不過代碼仍延用MiG.
>你說俄國的戰鬥/攻擊機代號是奇數，轟炸機的代號是偶數。我猛一想，果真如此，以前怎麼沒有注意到。這個有點意思。後來又一想，不對呀，俄國有名的熊式轟炸機（NATO 取名 Bear），它的代號是 Tu-95，是奇數。不過我只找到這個例子，有可能是唯一的例外。
嘿嘿, 我早就料到市長會問這個問題, 因為它也曾經困擾我許久. 我也是不久前才得知,Tu-95是Tupolev公司的內部計畫代號, 而Tu-20才是蘇聯空軍本來要賦予它的編號, 但在它正式成軍之前, Tu-95就已經廣為人知, 結果Tu-20這個編號就被放棄不用了.
不過我也發現我上一篇文章的確有錯誤: 今天我才想起, 韓戰時從美國海軍航空母艦起飛的海軍戰機(如F8F "Bearcat")用的還是舊式的編號, 而當時空軍早已獨立, 所以三軍編號統一必定是更晚才發生的事. 稍微查了一下就找到這個: U.S. Systems of Aircraft Designation. 這個網頁把美軍從陸軍航空團時代的編碼系統詳加整理; 從這裡也可以看到美國各軍種遲至1962年(9/18, 正好是空軍成立15週年)才把飛行器的編號系統統一.
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| | 殲-10與「陣風」的性能相當，但是價格也許只有「陣風」的一半或六成。這就是我說的一旦殲-10推向國際軍火市場必將打敗所有的競爭者。 現在關於J-10的詳細一點的資料都沒有，連外型尺寸都是間接推估的時候，貿然說陣風性能比他好或者是不好，一點根據都沒有。更何況，以歐洲的技術和經驗來講，他們在航電方面的能力高多了。 |
| | >請問被滲透的是哪一方? 加拿大空軍? Avro? 還是美國? 抑或是像其中一種說法, "防止高科技落入蘇聯手中"?
蘇聯滲透到工廠。 >當年蘇聯想要獲取有關Avro Arrow的技術乃是意料中事, 但是由政府下令把設計圖與原型機毀得一乾二淨這種事不是一兩個間諜就可以辦到的.
加拿大政府懷疑已經被滲透，後來解密的資料也顯示加拿大當時的懷疑是正確的。因為已經認為被滲透，乾脆整個計畫都幹掉。 |
| | 齋貓的文章很有意思，把我大而化之和不甚清楚所犯下的錯誤都找出來了。 是的，米格機應寫作 MiG，不能寫作 Mig。此處 G 必須大寫，因為 Mikoyan 與 Gurevich 是兩個人或兩個公司的名字。在此我要請教齋貓一個問題。我知道米高揚（Mikoyan）是俄羅斯有名的飛機設計局，那麼格瑞梅曲（Gurevich）是不是一家飛機製造廠呢？ 是的，蘇愷應該是Sukhoi，不是Sukhol。我眼睛花了，把 i 看成 l。YST 大而化之，不求明白，十分慚愧。 哈哈，我查了一下，F-16 的別名真的是叫“Fighting Falcon”。寫文章時我真的 只記得一個Falcon，就胡亂叫它獵鷹，當時心中就想到電影「臥虎藏龍」羅小虎（張震飾演）在大漠裏他手背上那隻大鳥。 老美也是，給自己的飛機取名字就這麼神，Falcon 還不夠，一定要 Fighting Falcon。有人會認為是“Sleeping Falcon”嗎？多此一舉。但是老美給對手老俄的飛機取名字，就叫什麼“青蛙腳（Frogfoot）”。誰說只有台灣人喜歡唱衰對手？ 老中對殲-10一直守口如瓶，一旦解密就立刻給自己的飛機取名「猛龍」，這叫先聲奪人，也是先下手為強，免得被老美或台獨取什麼“烏鴉”或“軟腳鳥”之類的穢氣名字。 等一下，齋貓別跑。我也逮到你一個毛病。你說俄國的戰鬥/攻擊機代號是奇數，轟炸機的代號是偶數。我猛一想，果真如此，以前怎麼沒有注意到。這個有點意思。後來又一想，不對呀，俄國有名的熊式轟炸機（NATO 取名 Bear），它的代號是 Tu-95，是奇數。不過我只找到這個例子，有可能是唯一的例外。 
俄國的 Tu-95MS（Bear）“熊式”戰略轟炸機飛行在海洋之上。 最後，回應齋貓的總結，有關先總統蔣公寫的「我們的發動機何時可以完全自製」。 如果蔣公的「我們」是指只剩下台澎金馬的中華民國，答案是：遙遙無期。 如果蔣公的「我們」是指我們心目中的「一個中國」，答案是：已經成功了。 |
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2007年一月YST的《軍事小常識：戰鬥機》系列一. 2007-1-14~《軍事小常識：戰鬥機》1~5
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. | | 龍公主的圖片來的正是時候。我來加一點小小的說明。
F-5屬於第二代戰鬥機，幻影-2000屬於第三代，「陣風」屬於三代半。這三種戰鬥機之中，「陣風」的性能最好。
我記得台灣購買幻影-2000的價錢是六千萬美元一架，非常昂貴，比蘇愷-30或F-15都貴。更何況後二者是重型戰鬥機，和幻影-2000根本不在同一等級。
「陣風」的性能超過幻影-2000，當然更貴了。「陣風」的實際價格是多少我不清楚。
殲-10如果外銷，價格應該在三千五百萬美元左右，這是賣給巴基斯坦的「友好價格」。
殲-10與「陣風」的性能相當，但是價格也許只有「陣風」的一半或六成。這就是我說的一旦殲-10推向國際軍火市場必將打敗所有的競爭者。 |
| | >原因已經公開很多年了：蘇聯間諜滲透。
請問被滲透的是哪一方? 加拿大空軍? Avro? 還是美國? 抑或是像其中一種說法, "防止高科技落入蘇聯手中"?
當年蘇聯想要獲取有關Avro Arrow的技術乃是意料中事, 但是由政府下令把設計圖與原型機毀得一乾二淨這種事不是一兩個間諜就可以辦到的.
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| 原因已經公開 | | 2007/01/15 13:05 推薦1 |
| | >想當年加拿大曾經開發出同時期最先進的Avro Arrow, 是世界第一架線傳飛控(Fly-by-Wire)的戰鬥機, 甚至領先美國許多年, 但是在處女航後不到一年計畫便突被中止(原因至今不明),
> 原因已經公開很多年了：蘇聯間諜滲透。 |
| | YST市長花了很大工夫寫了這篇長文, 但是可能是太長了, 不免有些疏漏, 在此作一些補充說明:
>戰鬥機（Fighter）是以空中格鬥為主，美國戰鬥機的型號都以Ｆ開頭，再跟一個數字，附加一個“別號”。譬如 F-16是美國的輕型戰鬥機，取名“Falcon（獵鷹）”。
美國是在1948年, 也就是空軍從陸軍獨立出來(1947-09-18)的次年, 才把原本相當混亂的三軍航空器編號統一, 以一至兩位英文代碼(兩位時, 第一碼為形容詞碼, 第二碼為主(名詞)碼)在前, 中間加一短線, 後接數字, 數字後則緊接衍生形代碼(通常由A開始用). 另外, F-16的別名是"Fighting Falcon", 通常譯為"戰隼", 以便與"鷹"(Hawk, 比隼大)與"鷲"(Eagle, 比鷹更大)做區別.
>轟炸機（Bomber）以大面積破壞地面目標為主，美國型號都以Ｂ開頭，也附加一個“別號”。譬如B-29是長程重轟炸機，取名“Superfortress（超級堡壘）”。
轟炸機的目標不一定是大面積的地面目標--這是"戰略(重)轟炸機"的任務. 傳統上, 輕型轟炸機會配合地面部隊的需要, 攻擊敵方的地面部隊, 但是這種任務在第二次世界大戰後逐漸被戰鬥轟炸機與攻擊機取代(詳後述).
>對地（海）特殊目標攻擊機以Ａ開頭．．．
攻擊機(Attacker)的任務是"近接空中支援"(Close Air Support, CAS), 也就是幫地面(含海面, 以下同)部隊攻擊敵方的地面部隊. 由於現代戰鬥機在設計之初, 多半也有考慮到攜帶空對地飛彈及炸彈的可能性, 所以許多戰鬥機(如F-16)也能進行對地攻擊任務, 甚至於比專職的攻擊機還出風頭, 但是兩者的設計理念還是有許多根本上的差異:
1. 戰鬥機設計的目的是為了空戰, 所以除了維持機體在進行高G力運動時的完整性所需要的結構外, 不會再增添額外的裝甲來增加重量. 然而, 攻擊機要在超低空攻擊敵方地面部隊, 勢必闖入敵軍的防空火網, 所以在設計時就會增添保護駕駛員與重要結構(如油箱與發動機)的裝甲.
2. 戰鬥機在合理的油耗下當然是飛得愈快愈好; 如果一開始的定位就是防禦性質的攔截戰鬥機(Interceptor), 像是F-104或是English Electric/BAC Lighting, 甚至連油耗都不用考慮, 只要管最大速度以便更早攔截敵機(最誇張的例子就是第二次世界大戰末期德軍以火箭引擎推進的Me 163), 並且一定會配備高性能的雷達以便及早發現與攻擊敵機. 然而, 對地攻擊時, 高速不但無用武之地(根本無法瞄準目標), 在低空以高速飛行更是極度危險, 只要有一點側風就足以讓飛機墜毀, 所以專職攻擊機通常沒有配備用來進行超音速飛行的後燃器. 另外, 地形會反射雷達波, 限制雷達的搜索範圍且會傳回許多雜訊, 所以大部分的攻擊機也沒有配備雷達. 對攻擊機而言, 提供夜視功能的前視紅外線(Forward Looking Infrared, FLIR)才更重要, 通常視任務需要以莢倉方式加裝於機身上.
>所以“Su”開頭只代表是蘇愷公司研發的飛機，這些飛機可能是戰鬥機，也可能是其他種類的飛機。 但是俄國飛機公司都幾乎只研發一種飛機，譬如米高揚—格瑞梅曲（Mikoyan-Gurevich）公司就只研發戰鬥機，代號以“Mig”開頭，中文簡稱「米格機」。所以看到“米格（Mig）”開頭就認定是戰鬥機，幾乎也錯不了。
前蘇聯在給予飛機編號時, 戰鬥/攻擊機為奇數, 轟炸機為偶數. Mikoyan-Gurevich設計局(蘇聯解體後才民營化成為公司)的縮寫為MiG(注意G要大寫). 另外, 是Sukhoi, 不是Sukhol.
>目前能夠獨力製造第三代戰鬥機的國家只有五個，就是聯合國的五個安全理事會員國。到了第四代也許就只剩下美、俄、法、中四個國家了。
想當年加拿大曾經開發出同時期最先進的Avro Arrow, 是世界第一架線傳飛控(Fly-by-Wire)的戰鬥機, 甚至領先美國許多年, 但是在處女航後不到一年計畫便突被中止(原因至今不明), 所有設計圖與原型機均被迅速銷毀, 從此加拿大航空工業一蹶不振, 變成必須仰賴美國, 以至於今天仍有加拿大人認為美國當年有從中作梗甚至搞破壞, 有如美國利用張憲義摧毀我們的核武發展能力一樣.
文章最後我以先總統 蔣公在航空研究院寫的幾個字, 也是被中國空軍研發單位奉為圭臬的座右銘作為總結:
我們的發動機何時可以完全自製
本文於 2007/01/15 04:46 修改第 2 次 |
| 巴西戰鬥機 | | 2007/01/14 22:04 推薦8 |
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巴西空军F-5式轻型战斗机
“阵风”战斗机
“幻影”(Mirage)2000
圖片取自網路 |
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