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 天高任鸟飞:航空航天卷
1.1.1.5 速度

速度

飞机的飞行速度通常用声速(海平面上为每小时1 200千米)为界线,飞机飞行速度低于或高于声速的叫做亚声速或超声速。以声速的5倍为界线,飞行速度超出这一界线者被称作“高超声速”飞机。

1903年12月17日,美国莱特兄弟发明的带动力装置“飞行者”1号试飞成功。第一次由弟弟奥维儿·莱特驾驶,飞行距离36米,留空12秒;最后一次由哥哥驾驶,飞行距离260米,留空时间59秒。这是人类航空史上公认的可操纵动力持续飞行。飞机在随后的100多年中迅速发展,飞行速度、飞行高度和续航能力迅速超过了鸟类。

要提高飞行速度,除了改变飞机的气动外形,减小飞机在空气中飞行时所受到的阻力外,最重要的方法是提高飞机发动机的效率,使飞机在飞行中获得更大的推力。

飞机出现后的最初10多年,它基本上是一种娱乐工具,主要用于竞赛和表演。第一次世界大战爆发后,这个“会飞的机器”逐渐被派上了用场。同时在战争中,飞机的性能有了很大的提高。如飞机的速度在1914年时一般是每小时80~115千米,4年后增至每小时180~220千米;到了第二次世界大战时优秀战斗机的速度达到每小时600~700千米,当时的飞机主要还是活塞式飞机。

第二次世界大战以前的航空器是活塞式飞机一统天下的局面。活塞式发动机结构相对简单,技术要求不高,而且耗油率低,能很好地满足当时低速飞行的要求。但随着飞机速度的不断提高,活塞式发动机暴露出了致命的弱点——功率太低,无法为飞机在高速飞行时提供足够的推力。到1945年,空气动力学家和飞机设计师们清楚地认识到,要靠活塞式发动机进一步提高飞行速度是不可能了,他们把注意力转移到一种全新的航空发动机——喷气发动机上,从而迎来了超声速飞行时代。

第二次世界大战期间,活塞式发动机、螺旋桨飞机的速度已经发展到巅峰。因为当时的空战主要是以机炮和机枪作为武器,谁的速度快,谁就能抢到有利空域赢得胜利,所以当时的飞机设计师和飞行员一再追求飞行速度。美国飞行员耶格尔驾驶时速700多千米的“野马”式战斗机与德国战斗机作战时,还感到速度低,所以他经常采用先把战位拉高,然后俯冲,借助重力加速度提高飞行速度的战术与敌机作战。

喷气发动机和喷气飞机则是二次世界大战中航空科技的一项伟大成就,使得飞机速度有了大幅度的提高。真正参战的首批喷气式飞机是德国的塞梅施米特Me-262,时速为850千米,超过当时英美飞机时速约160千米,在速度上占有很大优势。但由于德国统帅部决断错误,只把它作为轰炸机使用,加上数量少、参战晚,所以未对战局产生重大影响。

美国的F-80俗名“油桃子”,1944年原型机首次试飞,最大速度达810千米/小时,在当时是最高速度。1951年11月8日,F-80与米格-15交火,是喷气战斗机的首次近交战。F-80生产有A、B、C 3种型号,C型机总重7646千克,最大平飞速度975千米/小时。

1967年10月,美国X-15实验型飞机在火箭发动机的驱动下,创造了6.7马赫(即6.7倍于声速)的飞行速度记录。

2005年美国航天局一架经过改装的B-52型轰炸机从洛杉矶的爱德华兹空军基地起飞,机腹下方悬挂的X-43A型超声速实验飞行器。在到达太平洋上空1.2万米高度后,这架3.65米长、翼展1.5米的小飞行器脱离了B-52,在助推火箭的推动下用了大约90秒冲到3.3万米高空。然后助推火箭脱离,飞行器上的超声速燃烧冲压式喷气发动机点火。在保持了大约20秒的9.6马赫(即9.6倍声速)飞行速度后,X-43A开始失速坠落,按预定计划落入太平洋。

目前,全球使用一般空气助燃的涡轮喷气引擎的飞机中,飞得最快的是美国空军的SR-71“黑鸟”侦察机,速度可达3马赫。科学家认为,配备冲压喷气引擎的飞机,速度几乎有无限的可能,但应用该技术的飞行器要多年以后才能面世。