几种航空原子发动机方案

曾达生

对于现代飞机来说，要求不断的增加飞行速度、高度和距离。但是直到目前，还没有造出同时具有这些性能的飞机。如果要求飞机以高速飞行，就需要有强大功率的发动机，这种发动机在工作时，消耗大量的燃料，很快地就把飞机上所带的燃料用完。在这种情况下，尽管飞行速度很大，飞行的距离还是不会很远。

怎样来解决飞机既飞得快而又飞得远的问题呢？

目前有一种空中加油方法。一架装满燃料的飞机起飞去与运行中的飞机会合，并用特殊装置将燃料输给它。用这种方法在一定程度上可以增加飞行距离。很显然，这方法不是每时每刻都办得到的，它还不能最终解决飞得远的问题。

要知道，飞行速度愈高，要求发动机的功率也就愈大。因此对于超音速飞行，燃料的消耗量就更多。

要想解决超音速飞机作远距离飞行的问题，只有采用核燃料作动力。因为这种燃料含有巨大的能量。例如，1克铀－235含有的能将近2吨煤油的能量。也就是说，核燃料的消耗比煤油消耗低200万倍。相形之下，在任何机械中应用这类燃料，其消耗量是微不足道的。由此看来，若在飞机上用这种燃料作动力，就可作长期远距离的飞行。

在苏联早就把原子能用作动力了，还在1954年6月27日就建成了世界上第一个原子能发电站。已于9月12日离开船厂的“列宁”号原子破冰船，它无需补充燃料就可航行一年以上。而它每天消耗的核子“燃料”仅四十五克(约一两半)。至于原子能用于航空上，苏联科学家也早就在从事这一伟大的工作。苏联科学家早就说过，苏联的原子飞机第一次正式飞行预料将在1959－1960年实现。那么，现在看来，原子飞机的正式飞行时刻，就快来临了。

下面介绍几种原子发动机的设计方案，这些方案都是利用原子能加热工质来产生推力的。

1.原子涡轮喷气发动机

一般涡轮喷气发动机的原理是：空气经压气机压缩后进入燃烧室，向燃烧室内注入燃料并燃烧，燃烧后的产物冲向涡轮而带动压气机，之后，燃气经尾喷口流到大气中。借助空气进入的速度和燃气喷出的速度差而产生推力。

这一原理也可用于原子涡轮喷气发动机。在图1中，空气进入发动机后，经压器机2，被压缩的气体沿着导管进入反应堆3，空气加热后又沿另外的导管流到涡轮5，通过涡轮时作功而带动压气机转动，用过的气体以很大的速度从喷口流出而产生推力。很明显，这里的“工质”就是空气，空气的加热是由反应堆直接进行。

图1装有两台原子涡轮喷气发动机的飞机的总视图及方案图

1.进口锥2.压气机3.反应堆4.控制棒护套5.涡轮6.尾喷口

图2装有液体金属传热体的原子涡轮喷气发动机

1.反应堆2.控制棒3.液体金属供给泵4.换热器5.进口锥6.压气机7.涡轮8.尾喷口

空气的加热也可以通过换热器，图2就是这种装置。在图2中，空气经压气机6压缩后，进入换热器4，在换热器中空气获得热量。这热量是高温液体金属载热体(由反应堆加热的)流过换热器时传给的。被加热的空气经涡轮7从喷口8喷出。

载热体除液体金属(如水银等)外，还可使用惰性气体(如氦气)。如图3中，炙热的氦气从反应堆7内流出，经过氦气涡轮3作功而带动压气机，然后，氦气进入换热器5中并将热量传给空气。热空气由喷口喷出而产生推力。图中箭头方向为空气流向。

图3装有两台氦气涡轮传动空气压气机的原子发动机

1.进口锥2.空气压气机3.燃气涡轮4.燃气压气机5.换热器6.尾喷口7.原子反应堆8.控制棒护套

2.原子涡轮螺桨发动机

图4为原子涡轮螺桨发动机的设计方案。在发动机中，用从反应堆5内流出的水银通过涡轮4来作功，带动压气机3和螺旋桨1，螺旋桨的旋转就产生了主要使飞机运动的拉力。用过的水银跑到冷凝器8中，冷凝后由泵7又送回到反应堆。

图4装有水银涡轮的原子涡轮螺旋桨发动机

1.空气螺旋桨2.减速器3.空气压气机4.水银涡轮5.反应堆6.控制棒7.水银泵8.冷凝器9.尾喷口

图5为装有4台涡轮螺旋桨发动机的原子飞机。在飞机中装有一个反应堆，内装有水，可利用反应堆发出的热量直接加热水。水汽化后流向涡轮，其工作完全与图4所示的一样。所不同的是，这里是用水蒸汽带动涡轮。

图5装有水反应堆及四个涡轮螺旋桨蒸汽发动机的飞机方案

1.蒸汽锅型的水反应堆2.装有传动装置的控制棒3.蒸汽涡轮4.冷凝器5.水泵6.螺旋桨7.减速器8.空气压气机9.尾喷口

3.原子冲压发动机

图6所示就是原子冲压发动机。在图6中除装有原子冲压发动机外，还装有原子火箭发动机。所以在这种飞机中装有两个反应堆。为什么这里还要装原子火箭发动机呢？原因就在于，冲压发动机只有在运动时才能产生推力。要达到高速，首先是飞机要升到空中，再逐渐加速达到所需要的速度。这里的原子火箭发动机就是为了起飞和加速用的。

图6装有两台原子冲压发动机及一台原子火箭发动机的视图及方案图

1.进口锥体2.冲压发动机的反应锥3.控制棒4.尾喷口5.火箭发动机的反应堆6.泵7.液态氢储箱8.气态核燃料的供给9.反应堆中子源10.反应堆的冷却

火箭发动机的工作是，液态氢(工质)从储箱7中出来，通过泵6而进入火箭发动机的反应堆5，液态氢被加热汽化后从喷口4喷出而产生推力。由于液态氢沸点很低(－259°)，因此通过反应堆时，除本身获得热外，对反应堆讲，是一种很好的冷却剂。

原子冲压喷气发动机的工作最简单。将前面进来的气体经过扩压后引到反应堆2，然后，炙热的气就以很高的速度(超过飞行速度)从尾喷口喷出而产生推力。

这里介绍的只是很少的几种原子发动机，没有包括所有原子发动机的方案。尽管这是简单的介绍，但是还可初步看出制造航空原子发动机的可能道路。

装有这类发动机的飞机，由于要有很厚的防护层来保护人员的安全，因此都是很重很大的飞机，图7中所示就是一例。

图7