为什么喷气式飞机比装活塞式发动机的飞机飞得快飞得高

郑光华

我们知道，在现代高空高速的歼击机及轰炸机上，为了使飞机飞得更快更高，大都是装着涡轮喷气式发动机，而活塞式发动机由于它的飞行速度及高度方面的性能不及涡轮喷气式发动机好，目前只是在民航上采用较多。那么，究竟为什么装活塞式发动机的飞机不能飞得像喷气式发动机那么快那么高呢？

首先，因为活塞式发动机本身太笨重，不如涡轮喷气式发动机轻巧。通常我们衡量发动机重量的标准是“比重”，活塞式发动机的比重约为0.4－0.6公斤/马力，即发动机在地面每发出一匹马力时，它本身的重量约有0.4至0.6公斤。因此，一台地面功率为1500匹马力的活塞式发动机，重量约为600公斤至900公斤。涡轮喷气式发动机的比重为0.2－0.3公斤/公斤推力，即发动机在地面每发出一公斤推力时，它本身的重量约有0.2至0.3公斤。一台地面推力为3500公斤的涡轮喷气式发动机，重量约为700公斤至1000公斤。

随着飞行高度的增加，由于外界大气密度降低，使发动机进气量减少，因此，活塞式发动机的功率及涡轮喷气式发动机的推力均随着高度上升而减少。但是，涡轮喷气式发动机有另一特点，是当它飞行速度增大以后，在发动机进口处，由于空气速度冲压的效果而使进气量增加，因而增大了发动机的推力，所以，涡轮喷气式发动机在高空以高速度飞行时，虽然因为高度的因素使它的推力减少，但是，速度的因素使推力增加，因此，涡轮喷气式发动机在高空飞行时仍可发出较大的推力。而活塞式发动机则没有此特点，故在高空飞行时，活塞式发动机的功率显著降低。

再举下面的例子就可以说明得很清楚，例如，某台活塞式发动机带有增压器，地面功率为1500马力，重量为900公斤重，当它在8000公尺高度以800公里/小时的速度飞行时，功率只剩下900马力左右；而某台地面推力为3500公斤的涡轮喷气式发动机，重量亦是900公斤，在同样高度同样速度飞行时，它的推力仍有1700公斤左右。为了使以上二种发动机比较更方便起见，现在将喷气式发动机的推力换算为功率后可知，此时涡轮喷气式发动机的功率大约为5000马力左右。因此可以看出，同样重量的二种发动机，它们在飞行时所发出的功率竟相差这么大。反过来，如果当两种发动机发出功率相同时，涡轮喷气式发动机重量要比活塞式发动机轻得多。

但是，随着飞行高度及速度的进一步增大，涡轮喷气式发动机在重量及功率上的优势将更加显著。高空高速飞行的飞机，要求发动机的功率必须很大。如果装活塞式发动机的话，一架飞机上一定要装很多台发动机才能满足这么大功率的要求，而活塞式发动机本身是如此笨重，甚致于飞机带了这么重的发动机后不可能飞行，因此，高速高空的歼击机，轰炸机上不能采用活塞式发动机，只能采用喷气式发动机。

其次，装有活塞式发动机的飞机是利用螺旋桨作为推进装置。螺旋桨工作时以每分钟一千转左右的转速旋转，桨叶尖端的切线速度相当大，加上飞机的飞行速度，将使气流对于桨叶尖端的相对速度达到音速或超音速。这时，在桨叶尖端将产生激波损失而使螺旋桨的效率显著降低。因此，装有活塞式发动机的飞机飞行速度也受螺旋桨尖端气流相对速度不能太大的限制。可是涡轮喷气式发动机不用螺旋桨，所以不存在此问题。

目前，装有活塞式发动机的飞机最高飞行高度约在6000公尺至8000公尺之间，最大飞行速度不超过每小时800公里，而装有涡轮喷气式发动机的飞机，目前飞行最大高度一般约在20000公尺左右，最大速度约为音速的2－2.5倍，但是，能够使飞机飞得更高更快的涡轮喷气式发动机，世界各国正在研究之中，估计不久后将要出现。