问:什么使得螺旋桨飞机能够达到与客机相同的高度?
答:一般来说,螺旋桨飞机无法达到与商用客机相同的高度。
典型的私人拥有的派珀 (Piper) 或赛斯纳 (Cessna) 飞机努力飞越 12,000 英尺,但最大飞行高度可能不到 15,000 英尺。
自然吸气发动机(大多数此类飞机都采用这种发动机)随着海拔高度的增加开始缺气。因此,海拔每增加 1,000 英尺,发动机产生的功率就会越来越小。此外,螺旋桨需要拉动的空气越来越稀薄,机翼需要提供升力的空气也越来越少。
通过在发动机进气侧增加空气压缩机(涡轮增压器、增压器或两者兼有),发动机的最大功率可以维持到更高的高度。通过使螺旋桨变距,它可以在空气变稀薄时保持相对效率。
当然,机翼仍然会变得不那么有效。无论如何,像这样的私人螺旋桨飞机(配备涡轮增压的 Rotax 916iS 发动机)可以在 21,000 英尺以上的高度有效飞行
二战时期的活塞式和螺旋桨式飞机在许多情况下能够飞得更高。
例如,P-51 野马战斗机可以飞到 42,000 英尺,但这只能通过采用大型发动机和同样大型的系统来实现,这些系统旨在通过整个压缩机系列输送大量稀薄空气。这些系统通常只适用于政府战时预算,否则则不适用。
要想飞得比能飞到 21,000 英尺的 Risen 飞机(上面两张照片)高得多,但又要使用静止的螺旋桨驱动飞机,下一步就是使用涡轮螺旋桨飞机。这种配置使用涡轮发动机(而不是活塞发动机)。
涡轮轴连接到齿轮箱,齿轮箱将转速降低到输出轴,从而驱动可变螺距螺旋桨。
涡轮发动机相对于活塞发动机的一大优势是稀薄空气的压缩是发动机本身设计所固有的。涡轮螺旋桨飞机对于短途航线和经济条件较好的私人来说都很实用(但经济条件不足以购买成熟的喷气式飞机)。
它们的巡航高度一般介于活塞式飞机和成熟喷气式飞机之间……比如说 20,000 英尺到 30,000 英尺(同样,它们的运营成本也一般介于两者之间)。这种飞机可能(像二战时期的战机一样)被设计成在商用客机的典型高度(35,000 英尺到 42,000 英尺)飞行,但这不是它们的强项。
事实是,对于商用客机的飞行高度来说,涡轮喷气发动机是目前最先进的技术。
问:为什么决定只制造一台发动机的 F-35?如果两台发动机不是更好吗?因为如果一台发动机出现故障,另一台发动机可以恢复运行。
答:有几个原因,丽贝卡。是的,拥有两个引擎通常是美国海军和美国海军陆战队的优先考虑事项,因为它们是从海上的航空母舰上起飞的。然而,F-35 并不是唯一一款单引擎飞机。
实际上,有几架成功的飞机都拥有单引擎。但让我来谈谈为什么 F-35 只有一个引擎。首先,国会希望所有使用固定翼飞机的三个军种,即美国海军、美国海军陆战队和美国空军……将制造、物流、零件和维护精简到一架飞机上。原因是什么?主要是成本。
但各军种的任务不同,因此通常需要不同的飞机。这就是为什么空军拥有 F-15,而海军和海军陆战队没有的原因。同样,海军拥有 F-14,但空军从未拥有过;海军陆战队成立了一个中队(VMFA 531),但最终将其关闭,停止为其训练海军陆战队飞行员,并将所有 F-14 移交给海军。
大多数人都不知道海军陆战队曾短暂拥有过 F-14。此外,海军陆战队还拥有 AV-8B 鹞式战斗机,因为我们需要近距离地面支援和几乎可以在任何地方起飞和降落的喷气式飞机。因此,垂直短距起降 (VSTOL)。海军和空军从未拥有过这种飞机的现役中队。
在 F-35 中,国会实现了他们的愿望,各部门得到了满足其作战需求的飞机。空军需要一架可以在长混凝土跑道上起降的飞机 (F-35A)。海军和海军陆战队需要一架可以在航空母舰和舰队防御上起降的战斗机 (F-35C),海军陆战队仍然需要一架可以在任何地方起降的 STOVL 飞机,即使在没有跑道的地方。
单引擎飞机与双引擎飞机相比也具有重大优势。单引擎飞机通常比双引擎飞机小,因此更隐蔽。这意味着它们更难被跟踪和击中。它们也更轻,因此推重比更好,机动性也更好。最后,但并非最不重要的是,单引擎飞机的建造、运营和维护成本通常较低;尤其是在其使用寿命内。
还有两个非常重要的因素:第一,没有人知道如何生产双引擎 STOVL 飞机。第二,显然,一架可以服务于所有部门并仍具有 STOVL 能力的单引擎飞机需要具有惊人推力的引擎。这种引擎已经开发出来了。它就是 F119,是 F-22 猛禽使用的引擎。
这种引擎不仅能产生与其尺寸相称的惊人推力,而且比大多数其他引擎更省油,并且非常适合隐身,因为它有一个环形加力燃烧室,有助于阻止雷达探测到它。因此,洛克希德马丁公司采用了 F119,并对其进行了修改和改进。新引擎是 F135,是 F-35 的引擎。
对于那些不相信海军陆战队曾经训练过 F-14 飞行员,或者从未有过任何飞行员的人来说:
“螺旋桨飞机”应该是和“喷气式飞机”而不是“客机”比吧?