早期活塞式航空發動機是如何發展的？

人類自古對藍天充滿無限嚮往，一代又一代的科學家和發明家前仆後繼地投入到實現飛天夢想的實踐中。在一百多年的航空發展史中，飛機的發展與進步總是在很大程度上取決於航空發動機的技術，尤其在飛機的飛行速度、飛行高度、機動性、航程、可靠性和經濟性等性能方面，發動機更是發揮著決定性作用。那麼，如此精密複雜的航空發動機是如何被發明出來，又是如何發展到如今的形態呢？

在19世紀及之前，懷揣飛行夢想的科學家們一直被一個問題所苦惱：如何獲得驅動飛機持續飛行所需的強大動力？在數十年間，人們先後試圖將蒸汽機、火藥發動機、熱氣發動機和電動機等各式動力裝置用于飛機上，然而最終都無功而返。

早期的梅林3型液冷活塞式發動機

直到1876年，德國著名的機械工程師奧托（Otto）發明了活塞式內燃機，並在隨後被成功地應用於驅動汽車，人們才開始嘗試採用內燃機實現動力飛行。20世紀初，美國的萊特兄弟在總結前人經驗教訓的基礎上，親自建立了一個小風洞。1903年12月17日，在經過反覆試驗後，他們將一台四缸直列式水冷發動機改裝後成功地應用到「飛行者」1號飛機上，完成了世界公認的第一次可操縱動力持續飛行。這台改裝的活塞式汽油發動機的功率僅為8.95kW，重量為81kg，功重比只有0.11kW/daN注，它僅僅推動「飛行者」1號在空中停留了59秒，飛行距離達260米。

縱然，在今天看來，萊特兄弟所採用的發動機性能不夠先進，但它是世界上第一台成功驅動飛機飛行的航空發動機，拉開了航空發動機的第一個時代——活塞時代的序幕。

在此後近40年中，活塞發動機由於具備油耗低和高可靠性的優點，一直是驅動航空飛行器的惟一動力。在第一次世界大戰的推動之下，活塞式發動機的功率完成了一次大規模提升，從75kW提高至313kW，功重比提高至0.77kW/daN，從而直接促進了飛機的飛行速度從100km/h提高至200km/h。

在兩次世界大戰之間，科學家和工程師們重點解決了活塞式發動機的冷卻問題，他們為氣冷式發動機設計了整流罩，既減小了阻力，又改善了發動機的冷卻問題，使氣冷式發動機得到了迅速的發展，逐步取代了運輸機、轟炸機等機種上的液冷式發動機。但由於液冷式發動機的迎風面積小，使它在高速戰鬥機上仍得到廣泛應用。

第二次世界大戰中頗為著名的英國「梅林」（Merlin）發動機即是液冷式發動機，該發動機為V型12缸，功率從597kW提高到了1120kW。裝備該型發動機的「野馬」（Mustang）戰鬥機的飛行速度達到760km/h，飛行高度達15000m，接近了螺旋槳飛機的性能極限。

註解：daN為航空上常用的力學單位，1daN=10N。

參考文獻：

1. 閆曉軍. 典型航空發動機結構對比與分析[M]. 北京: 北京航空航天大學出版社, 2011;

2. 劉大響, 陳光. 航空發動機:飛機的心臟[M]. 北京: 航空工業出版社, 2003;

3. 劉長福, 鄧明. 航空發動機結構分析[M]. 西安: 西北工業大學出版社, 2006.

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