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AL_shin
楼主
历史是不能假如的，喷气时代确实来临了，活塞式的时代确实过去了，但出于趣味，探讨这个假如的问题，还是很有意思的，尤其对气冷、水冷的优劣依然有那么大的争论的时候。第二次世界大战是活塞式航空发动机的顶峰。虽然战后活塞式发动机技术在继续进步，但活塞式发动机不再作为主要的航空发动机，只有体育、农用、通用航空和其他特殊领域还在继续使用活塞式航空发动机，战斗机、轰炸机、客机、直升机等主流机种都由形形色色的涡轮喷气发动机推动，包括涡浆和涡轴发动机。虽然历史不可以重演，但还是可以相像一下，如果喷气式发动机没有出现，活塞式发动机依然主导航空发动机领域，并得到继续发展，尤其是战斗机的发动机，战后的天空会怎么样呢？从很早开始开始，活塞式战斗机发动机就有两大流派：气冷星形发动机和水冷直列（包括V形）发动机。尽管在理论上可以做到气冷直列发动机和水冷星形发动机，在实际上这样的组合至少在主流战斗机发动机中闻所未闻。这不是偶然的，而是由两个组合的天然特点决定的。活塞式发动机由气缸内注入燃料燃烧，产生压力，推动活塞，带动曲轴，产生旋转运动。气缸的一端是缸头，有进、排气和空气、燃料的加注口，气缸的另一端则是活塞通过连杆和曲轴连接。星形发动机像车轮辐条一样放射形排列，所有气缸的缸头朝外，所有活塞通过连杆和中心的很短的曲轴连接，大家一起齐心协力地推动曲轴转动。直列发动机则把气缸一字排开，通常曲轴在下，缸头在上，所有活塞通过连杆和下面的长长的曲轴连接，大家一起齐心协力地推动曲轴转动。V形发动机是直列发动机和星形发动机之间的一个折衷，将直列发动机的一列气缸分成两列，两列气缸成V字在曲轴处汇合。作为战斗机发动机，活塞式发动机应该具有马力大，重量轻，可靠性好，迎风面积小，高空性能好的特点。在基本技术水平相当的情况下，活塞式发动机要增大马力，只有几个途径：增大缸径，增加缸数，增大冲程，增加机械或涡轮增压。星形发动机的结构紧凑，长度很短，但直径较大。由于整个发动机的正面暴露在迎风气流里，在气缸体上安装大量的散热片，就成为理想的气冷的格局，所以星形发动机基本上都是气冷的。为了最大限度地增加马力，缸数应该已经很大了，像辐条一样的气缸已经把发动机正面占满了，继续增加缸数会很困难。增加缸径也有相同的问题。但有一个办法：增加星形的层数，如果单层星形有7个气缸，双层就是14个气缸，像B-36上用的普拉特•惠特尼“大黄蜂”发动机有多达4层星形，共42缸，根据不同型号可有高达3000-4300马力。多层星形的后面的层次会有冷却问题，因为流过的空气已经在前面被加热了，冷却效果要下降。如果不对后面的层次作特别的补偿，后层气缸的寿命和马力都会受到损失。增大冲程是另一个有效的增加马力的方法，但增加冲程会迅速增加迎风面积，迎风面积按半径的平方增加，而阻力和迎风面积成正比。活塞式发动机靠燃烧生热做功，所以燃烧温度越高，单位体积的出力就越大。靠发动机材料的耐热性硬抗这样的高温是不现实的，需要采用冷却技术降低缸体温度，延长寿命。这就牵涉到不同冷却技术的传热效率问题了。气冷直接用流过的环境空气冷却缸体。为了增加冷却效率，气冷发动机一般在缸体上安装很多散热片，以增加散热面积。但散热片的面积增加到一定程度后，散热效率的改善就不在显著，因为热量需要通过散热片本身的传导传热传递到整个散热片上，才能充分利用整个散热面积。通常的情况是，散热片靠近缸体的部分散热效率最高，但这里的局部空气流动不好；但很大一部分热量传不到局部空气流动要好得多的散热片尖端，影响了气冷的效率。另外，散热片的物理位置使缸体壁温和散热片连接处较低，而处于散热片之间的地方就较高，但为了保证适当的空气流动，散热片的间距又不能太小。不均匀的缸体温度造成不均匀的磨损，对发动机的热力学循环也带来不必要的复杂变化。从更高的层次来说，空气不是很好的导热体，所以充满空气的棉袄在冬天可以保温。气冷在本质上效率不高。
2007年06月10日 06点06分
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