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烧煤也能飞出超音速吗?
www.wforum.com | 2025-03-08 15:37:42  科学火箭叔 | 0条评论 | 查看/发表评论

这架飞机,还有多少人不认识?利比希P13A,一架二战后期德国人设计出来的烧煤炭的超音速拦截机。

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是的,就是那个烧煤碳的概念最吸引人了,而且关键吧,它的这台发动机,不光烧煤炭,还是个烧煤碳的冲压发动机,简直就把想象力发挥到极致了。好,那我们今天就来讲讲它的故事:它是怎么来的?它能成功吗?它留下了哪些遗产呢?

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1944年,二战接近尾声。此时的德国,被两面夹击。苏联正在东边压缩战线,盟军则已经在法国顺利登陆,逐渐挺进法西斯的心脏。德国人慌了,他们需要更厉害的武器才有可能扳回战局。但是,所有新武器的开发,都必须满足一个前提,总结起来就一个字:省!要省材料,因为此时的德国已经失去了非洲丰富的资源、海上的补给线也被盟军一条条的端掉、最重要的战争物资——石油,早就见底了。要省技术,因为战争已经打了几年,剩下的能生产高水平装备的设备和工人都已经不多了。还要省人,操作这款武器的人,比如飞行员,你就不能要求他们个个都是王牌,最好是一个普普通通的飞行员,上手就能操作的。换言之,就是这款武器一定要又便宜、又能快速铺开生产、还又要简单易用。

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有难度!但是,我们故事的主角,亚历山大利比希,站了出来,他说,其实我早就为今天做好了准备的,你们看,这是一架什么飞机!他说的当然就是这架P13A啦。它的确就满足了以上我们所说的所有关键要素。

首先,它使用的燃料是储量丰富的煤炭而不是日渐稀缺的石油;其次,它小巧轻便,结构简单,基本上就是让飞行员坐在一个长了一副三角翼的发动机上而已。你看,连座舱都是兼做垂直尾翼的一部分的,用材少容易造。而且冲压发动机嘛,咱们频道的朋友应该都知道,里面没啥活动的部件,也满足了简单这一设计标准了的。最后,这架飞机所要执行的任务,也是简单到了不行。就是利用自己的高速,对准盟军的轰炸机冲过去,最好,是对着他们的尾巴和翅膀,能切一架是一架,能把一整个编队全部切完,那是最好!

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对了,基本上,它跟我们以前讲过的那架,美国人的“飞行链锯”XP-79:

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是一种作战逻辑——不靠武器靠自己的......撞击术,虽然,它也装着两挺小机枪。这也解释了,为什么P13A的机翼如此之厚了,因为它是专门做了强化的,目的当然是希望在自己报废前,先多报废别人的飞机嘛。你看,目的单纯,操作要求自然就简单。又不是要你去跟敌机狗斗,只是将机头对准别人就够了,这点不过分吧。

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可见,P13A长得不骗人,从里到外,传递出来的,都是要了命的简单啊......是,不过得看是要谁的命了。这点很遗憾,由于它提出的太晚,到最后甚至都还没有诞生,德军就已经完蛋了,所以它到底是能废别人还是废自己,我们已经无从考证。但是,我们还是可以从这几个方面来理性的分析一下嘛:它的煤炭动力到底靠不靠谱?能不能将这幅粗壮的躯体推到超音速?操作它对准目标,真的就那么容易吗?一个一个来。

首先,烧煤。火车上烧煤不奇怪,轮船上烧煤也不奇怪,但是,飞机上烧煤,我咋怎么听怎么觉得奇怪呢。好像我们确实从古至今都没有听说过一架烧煤的超音速飞机吧。原因大概是,煤炭是固体,它不能喷射,既然不能喷射,那就无法跟空气均匀的混合,无法均匀混合,就无法高效的燃烧。但是,飞机发动机,不高效怎么飞得起来呢!另外还有一个原因,能量密度。

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来看这张表,从左到右,燃料的能量密度依次升高,天然气在这里,汽油在这里,柴油在这里......你再看煤炭在哪里呢?这里,倒数第二,就比直接烧柴火高一点。可见飞机上,真的是能不用它就不用它呀!

但是,德国人那会儿不是没办法了吗。于是想破了脑袋也要想出办法来用的。首先,他们不是直接用不规则的大块煤炭的,而是将它们磨细成为颗粒状,以此来增加燃烧的均匀度。然后,对装煤炭粉的容器不断的改进,从起初放在机头进气口后面的一个不动的蓝子,逐渐升级到一个沿着垂直轴每分钟旋转60圈的网状滚筒,就使得它能为冲压发动机提供足够多的、富含燃料的混合气体,从而带来更大的推力了。

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欸,别以为这部分是纸上谈兵,实际上利比希团队设计的这台燃煤冲压发动机是获得了地面试车的成功了的。但是,它真的能把P13A推上天吗?利比希没有机会实操其实未免算是一种幸运,因为很多分析都显示,难!最乐观的结果也是,顶多能推着P13A飞到亚音速而已。

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因为发动机的推力是一部分,它那奇葩的机身造型会是阻碍其超音速的另一部分了。就这肥头大耳的样子也能超音速。我只能说,那会儿的工程师对空气动力学的理解真的是很肤浅。虽然,P13A的模型通过了风洞测试,而且还是挺高速的风洞测试,并且其全尺寸的滑翔机版本,木制的DM-1也成功的进行了飞行测试。但是,根据我们今天掌握的知识,它那浑厚的机身和粗壮的机翼所带来的阻力,是绝跨不了音速这一关的。当然,虽然它自己跨不过音速,但是从此开始的对空气动力学和机身截面方面的研究,却为现代飞机的设计打开了一道大门。我们可以看到一条清晰的,自它开始的飞进化之路:P13A,XF-92A、YF-102和F-102A,在此过程中,美国人又从德国人那儿,学到了不少。

最后,再补充一条,幸好P13A没有真的飞上天空,否则,飞行员可能根本就hold不住它。因为作为一架高速拦截机,它居然没有动力飞行控制装置,这几个舵,全靠飞行员用自己的手劲去压。省钱,我是理解的,但是那个时候的德军飞行员,能有几个能够壮到可以用肌肉去PK气流呢。所以,就算只是让它对着敌人的轰炸机飞,也并不是一件简单的事嘛。

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