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。