超级兵工帝国 (龙魂在华夏)

众人听得忍俊不禁，一个个都捂住肚子笑了起来！

菲利普正色道：“其实在相亲之前，亲友团就已经得到了丈母娘更具体的要求，那就是：可以现在没有多大的事业，但应该有能力吧，生活上不能太大手大脚，要会过日子啊，还有，不能太矮也不能太高，更不能是个大胖子吧。另外，身体一定要健康，一口气上五楼不能大喘气碰见个工作上生活上的沟沟坎坎，不能轻易丧失信心……诸如此类。也就是对发动机有几条要求：推力、耗油率、尺寸、重量、不喘振、恶劣条件不熄火。条件清楚了，大家赶紧记下来，名叫女婿应征宝典，啊不，是研制总要求——小伙子，玩命奋斗吧！”

比利笑得都快喘不过气来了，捂着肚子道：“菲利普先生，您真是太幽默了。那您再用比较容易懂的方式说说这个喷气发动机的设计吧，我们也好学习学习！”

菲利普哈哈大笑道：“好，那我先从喷气发动机的流体力学说起。说到能力，到底喷气发动机为什么能这么猛啊。这里我们必须从气体的状态方程说起，这个神奇的方程就是PV=RT。掌握了气体状态方程这个大杀器，空气分子们还不是被我们任意捏圆搓扁，乖乖接受奴役。事情是这样的，在我们周围的空气里面，住着无数调皮的空气分子。根据脾气秉性的不同，又分为氮气分子、氧气分子、水分子等各种类型。这些分子就像被一杆子打散的桌球，时时刻刻处于不停的运动和相互碰撞中。当它们前进的方向上有东西挡路时，就狠狠地撞上去。遇上其它空气分子还好，大不了大家都改个方向继续往前跑。若遇到列队迎敌的固体分子们，那就是一个被立刻反射回来的下场。当然，此时铜墙铁壁的固体分子也被狠狠地撞了一下腰。”

众人都听得大乐，连一向不苟言笑的梅塞施密特也忍不住笑得上仰下合。

菲利普又接着道：“分子们个体太小，碰撞一下的力量当然也是不值一提的。但架不住数量太多，每时每刻都有数以亿亿亿计的分子撞上来。所以宏观来看，空气中的任何物体都会持续受到一个压力的作用，即气压P。说起这个名称，那还真有个原因，发动机内部各个部件的表面积和各流道截面的面积一般是固定不变的，如果每次计算压力都用压强乘以面积那也太傻了，所以直接扔掉面积不管，压力就是压强了！”

比利笑道：“对啊！那压力大小和气体体积应该是成反比的关系吧？”

菲利普微笑着道：“比利说得不错。显然，这个压力的大小与单位时间内撞上来的分子个数成正比。同样数量的空气分子被塞到大小不同的箱子中，它们对箱壁的压力也会不同。箱子越大，分子们越稀疏，撞到同一块地方的分子就越少，压力也就越小。具体说来就是，压力P与气体体积V是成反比的。只要温度不变，那么体积增加一倍时，压力必然减小一半，二者的乘积却总也不变。”

比利又若有所悟地道：“那么喷气发动机里面，应该与活塞发动机相似，气体压力还与温度成正比关系吧？”

菲利普用赞赏的目光看着比利道：“同样的，分子们越活跃，速度越大，撞击的力度自然也越大。可是，空气分子体重有高有低，撞来撞去的速度也大不一样，怎么就知道这一团气体就比那一团活跃呢？这叫平均动能。只要气体分子的平均动能变大，我们就可以认为平均来说撞击力更强了。压力是大量微观分子作用力的宏观表现，所以平均值完全够用了，没必要知道某个分子的具体情况。由于单个分子的质量实在是太小了，导致平均动能的数值也很小，使用起来还是不那么方便。于是大家又发明了一个量来代表平均动能，那就是温度T。简单地说，温度就是物体冷热程度的表征。当温度升高时，分子们的撞击力越大，气体压力也就越大。”

第七十三章航发总体设计下

菲利普笑道：“有了压力P、体积V、温度T，气体的状态也就基本确定了，航空发动机的总体性能方案设计，也就是千方百计利用这三个量之间的关系，诱使空气分子们多干活、少吃饭。但在具体讨论总体性能方案之前，还有两个最基本的问题需要解决，那就是如何吸气、如何喷气。对于吸气，你空气分子不愿意主动进来，那就拉你一把。”

一名工程师问道：“咱们是通过压气机吸入空气吧？”

菲利普点点头道：“没错！压气机的多级风扇，就是个诱拐空气分子的帮凶，洞悉分子们喜欢大房子的特点，简简单单就把人骗进来了。少年，你想拥有自己的房子吗？你想鸽子笼变行宫吗？那就进来看看吧！通过风扇的高速旋转，大量的空气被甩向后方，造成风扇附近的空气分子越来越少，也就是空房无人入住！于是远处的分子们纷纷前来改善住房条件，没想到刚跑过来就被扔进后面的黑工厂当牛做马。就这样，吸气问题简简单单搞定。”

另一名工程师又好奇地问道：“可是喷气是怎么一回事呢？”

菲利普继续道：“喷气问题的解决有些麻烦。喷气发动机必须喷出高速气体才能产生推力，但这必须依赖较高的压比条件，内部压力与外界压力的比值越大，喷气的速度就越高。然而，内部压力是不会凭空升高的，必须要有一个费力压缩的过程。为使发动机内部压力增大，必须使用压气机。在大蒲扇一样的压气机叶片强力扇动下，空气分子们被迫往后走。而压气机流道又被设计成前高后低的样子，叶片也一级比一级短，于是越往后走越拥挤，最终达到增压的目的。其实从这一角度来说，最前面的风扇也是一个压气机。只不过从用途来说，风扇的主业是把空气分子们诱拐进来，主要的压缩过程是由后面的增压级和高压压气机实现的。”

比利想了想又问道：“那么咱们的总体设计到底是从哪里开始呢？”

菲利普认真道：“喷气发动机的工作过程是一个不停吸气－压缩－燃烧－膨胀－喷气的循环。空气分子们从大气中来，又最终混入大气，真是尘归尘，土归土，因果循环。也因此这一点，发动机各部件、流道各截面的压力、温度、流量等循环参数选取就是喷气发动机的整体方案设计开始的。比如根据现有技术水平，最终设计出的压气机效率很可能比较低，那么没办法，把高压涡轮的效率指标向上抬一抬，或者温度再提高个十度二十度的。经过各种取舍和平衡，就得到了整个工作循环的关键参数，涵道比、总压比、推力、耗油率、高低压轴转速，以及各部件的性能参数，如流量、温度、效率、压比等。根据这些参数，还可以继续计算出发动机整个流道的大概尺寸框架，即初步流道。有了初步流道，有了各部件需要达到的性能指标，终于可以发给各专业进行具体设计了呢。”

梅塞施密特听得感慨道：“没想到这种喷气发动机看起来比活塞发动机结构还要简单，但是设计起来却要复杂得多，没有全面的理论知识根本不可能完成一台喷气发动机的设计呀！”

菲利普连声应和道：“是呀！为了保证总体指标达标，涡轮效率低了，压气机就要高。进气道一家霸道了，后面的部件都要倒霉——这时候，争吵就不可避免了，地主家也没有余粮啊，凭啥分给它的指标这么低？我们专业也难啊！在这种压跷跷板的过程中，总体方案的设计师们必须学会带着镣铐跳舞，学会在钢丝上找平衡。”

顿了顿，菲利普继续道：“其实，战战兢兢走钢丝的情形未必全部发生在指标分配环节，后续的设计过程也难以避免。比如部件设计完成后进行的整机加减速控制规律设计，那就是典型的左右打脸型工作。油加猛了，用力过度，加速工作线直接奔着喘振区或者超温超转区去了，很可能造成涡轮超温，或者直接把压气机搞喘了。油缓缓地加，发动机倒挺安全，加速时间太长，复飞时飞机都要坠地了你推力还没升上去呢，更要命！同样的，减速时收油太快，工作线一头扎进贫油区，燃烧室直接熄火罢工了。减慢点呢，飞行员又不干了，跑道就那么长，我刹车都用上了，你推力一直这么大是什么意思？！”

比利一脸的苦笑：“那咱们以后的道路还真是漫长而曲折呀！”

菲利普点点头道：“没错！别看我说来头头是道。但是我只是理论上比你们要知道得多一点儿。最后真正要靠的，还是你们这些工程师呀。当然，成功总是曲折的。很可能部件设计后个别指标确实达不到，那就要拿来进行整机性能匹配评估，如果评估后发现飞机的要求还是能达到的，那局部的不达标也只能捏着鼻子认了，所以做总体方案时会留点裕度了！评估后不满足飞机要求？呵呵，走好不送！这台发动机也就只能送到废物仓库或是航空博物馆去了。”

梅塞施密特拍了拍菲利普的肩膀道：“菲利普，你真是给我们上了一堂生动的课啊！我想今天在场的各位，包括我，收获都是巨大的。听你这么一说，我决定这个喷气发动机再难，我们也要搞出来！不但要搞出来，我们还要抢在英国人前面，最近我得到消息，咱们德国政府要成立航空部，听说还要定期举办航空竞赛，我想咱们的飞机要是能在这个竞赛上面取得冠军，名气就会越来越大，将来的发展也就会更快更好。”