本文作者：無所事事MK

本作品是對史圖館專欄的投稿，僅代表作者個人觀點；本作品并非嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臍v史學(xué)術(shù)研究，僅供參考

說起早期噴氣式發(fā)動機，大家往往都會想到英國人弗蘭克·惠特爾和德國人漢斯·馮·奧海恩。兩人各自設(shè)計的噴氣式發(fā)動機帶領(lǐng)人類第一次走進了噴氣式航空的大門。雖然至今人們?nèi)匀粸檫@兩人哪位先發(fā)明噴氣式發(fā)動機而爭論不休，但不可否認的是兩人都在差不多的時間點完成了噴氣式發(fā)動機的研發(fā)與制造。蘇聯(lián)，作為1930年代新興的航空大國，自然也對這一新式的航空動力方式產(chǎn)生了濃厚的興趣。

在理論上，俄國人齊奧爾科夫斯基很早提出了噴氣式推進的學(xué)說。雖然這被人認為是火箭的推進原理，但是噴氣式發(fā)動機本質(zhì)上也就是個拿空氣當(dāng)氧化劑的火箭發(fā)動機。1928年蘇聯(lián)的斯特奇金提出了噴氣式發(fā)動機設(shè)計藍圖，然而最后卻無疾而終。真正將蘇聯(lián)帶入噴氣時代的，則是一代航發(fā)大師：阿吉普·留里卡。

1937年，年僅29歲的留里卡在哈爾科夫航空學(xué)院（ХАИ）提出了RTD-1火箭渦輪噴氣式發(fā)動機的設(shè)計，與其配套的是ХАИ-2式噴氣式戰(zhàn)斗機。RTD-1采用兩級離心式壓氣機，設(shè)計推力4.9kN，燃氣溫度在650-700度之間。ХАИ-2戰(zhàn)斗機的設(shè)計時速則高達900kph。然而RTD-1更多的是一種設(shè)計思考，從今天的角度而言，兩級式的離心式壓氣機會導(dǎo)致引擎尺寸過大，第二級壓氣機的大尺寸同時帶來了工業(yè)生產(chǎn)的問題——用什么材料可以生產(chǎn)出一個既有大尺寸，又有足夠的強度與耐高溫特性的壓氣機渦輪？

同年，留里卡在哈爾科夫航空研究所向駐所的人民委員提出了制作噴氣式發(fā)動機的計劃。當(dāng)晚，他的意見便得到了通過，同時召開了部門會議，留里卡在會上做了名為《渦輪噴氣式航空發(fā)動機》的報告。這次會議的最后結(jié)果是其設(shè)想獲得通過并得到廠家支持。1938年，留里卡調(diào)任列寧格勒基洛夫工廠第一特別設(shè)計局。在這里，留里卡開始了RD-1的研制。RD-1是一款采用軸流式壓氣機的渦輪噴氣式發(fā)動機，設(shè)計推力5.1kN，雖然之前留里卡有設(shè)計RTD-1火箭式發(fā)動機的經(jīng)驗，但這兩種發(fā)動機在諸如壓氣機這樣的部件上還是有很大區(qū)別，燃燒室的設(shè)計以及尾噴口耐高溫問題也亟待解決。在基洛夫工廠的臺架試驗上，燃燒室的試車曾經(jīng)導(dǎo)致工棚和實驗室著火。到了1941年5月，整體設(shè)計已經(jīng)完成了70%，各部件在地面試車也順利完成，不日即可進行組裝與整體測試，然而，1941年6月22日，偉大的衛(wèi)國戰(zhàn)爭的爆發(fā)卻使得戰(zhàn)前的成果化為烏有。留里卡隨著基洛夫廠撤退到了烏拉爾。

在這一期間，蘇聯(lián)仍保留著沖壓式噴氣發(fā)動機的研發(fā)與實驗記錄，第一臺沖壓式噴氣發(fā)動機于1933年4月完成設(shè)計，其設(shè)計者為Merkulov，該型發(fā)動機命名為GIRD-4。沖壓式噴氣發(fā)動機靠飛機飛行速度來壓縮空氣，因為沒有壓氣機，其結(jié)構(gòu)比渦輪噴氣式簡單，然而因為必須有一個初始速度來啟動發(fā)動機，因而無法單獨使用，必須與當(dāng)時的活塞式戰(zhàn)斗機組合，成為一種混合動力飛機，借此提高活塞式戰(zhàn)斗機的飛行速度。1939年開始，蘇聯(lián)用DM2，DM4等發(fā)動機與I-153和YaK-7進行了多次混合動力實驗，雖然其可以將飛機的最高時速提高大約40kph，但是沒有保護的高危燃料使其飛行充滿了危險。此外，在燃料用盡后，掛在翼下的發(fā)動機機體反而成了飛機的負擔(dān)，過大的重量與極大的空氣阻力使得活塞式飛機的飛行性能急劇下降。YaK-7在翼下吊裝兩臺DM-4時還有重心過前的問題。最后計劃由于不切實際被終止。

留里卡撤退到了烏拉爾山的車?yán)镅刨e斯克，蘇聯(lián)政府在戰(zhàn)爭開始時只考慮如何基于現(xiàn)有裝備來武裝部隊，對包括噴氣式發(fā)動機在內(nèi)的高新技術(shù)的研發(fā)則下達了停止令。這時候的蘇聯(lián)需要集中一切資源保衛(wèi)國家，因而在這里留里卡開始從事坦克散熱器的相關(guān)研制工作。直到1942年3月，隨著前線戰(zhàn)況的好轉(zhuǎn)，留里卡獲準(zhǔn)繼續(xù)進行噴氣式發(fā)動機的研究。8月，留里卡在斯維爾德洛夫斯克重新組建了渦輪噴氣式發(fā)動機的設(shè)計團隊，繼續(xù)研制工作。1943年，他重新飛回還在孤島中的列寧格勒，挖出了“油紙包著的”RD-1零件。但此時設(shè)計團隊人員減少，工作量增加，加之情報人員傳來的關(guān)于德國噴氣式戰(zhàn)斗機的一些數(shù)據(jù)，留里卡決定在RD-1的基礎(chǔ)上重起爐灶。

而RD-1重起爐灶的結(jié)果便是S-18。S-18同樣采用了軸流式壓氣機，增壓級數(shù)由6級增加到了8級，采用了環(huán)形燃燒室，推力也增加到了12.7kN。但發(fā)動機在地面試驗期間卻發(fā)生了諸多問題，比如發(fā)動機喘振，葉片斷裂，葉片脫落，燃燒室過熱。噴氣式引擎運作時產(chǎn)生的高溫一直是早期研究者嗜待解決的問題，要想解決這些問題，需要一個國家的材料工業(yè)上升到足夠的水平，開發(fā)出全新的材料來應(yīng)用到新的發(fā)動機上。此外，噴氣式發(fā)動機中的壓氣機喘振問題也一直困擾著研發(fā)者，如今我們知道壓氣機喘振是壓氣機轉(zhuǎn)子葉片葉背處氣流分離導(dǎo)致的，但在當(dāng)時，發(fā)動機突然出現(xiàn)的抖動、過熱、損壞乃至燃燒室火焰逆流是毫無征兆的，只有經(jīng)過無數(shù)的實驗，報廢大量的試驗機，方才找到喘振這一罪魁禍?zhǔn)住-18本身并沒有防喘振放氣裝置，這使得在進氣量改變時出現(xiàn)了喘振這一惡劣問題。

隨著1945年德國戰(zhàn)敗，兩具德國Jumo-004發(fā)動機被送到留里卡設(shè)計局，留里卡由此解決了S-18上的一些問題。此時，蘇聯(lián)國內(nèi)對于是自己發(fā)展噴氣式發(fā)動機還是仿制德國產(chǎn)品產(chǎn)生了爭議。留里卡在對比了兩種產(chǎn)品后認為，S-18相較于Jumo-004，推力，重量，燃油消耗率均有優(yōu)勢，但jumo-004更加可靠，而且外形風(fēng)阻更小。留里卡建議保留S-18項目，同時仿制Jumo-004，以盡快形成蘇聯(lián)空軍的戰(zhàn)斗力。因此，S-18被重新冠名以TR-1的代號繼續(xù)研制。1946年，TR-1在臺架試驗中獲得了12.642kN的最大推力，其設(shè)計壽命為20小時，其推力、壽命、可靠性、油耗基本滿足設(shè)計指標(biāo)，并在其基礎(chǔ)上衍生出了TR-2與TR-3型軸流式渦輪噴氣發(fā)動機。

蘇聯(lián)空軍依靠德國的Jumo-004與BMW-003引擎走進了噴氣時代；依靠英國的“尼恩”與“德溫特”掌握了領(lǐng)先的噴氣技術(shù)。然而蘇聯(lián)并沒有就此放棄國產(chǎn)航空噴氣式發(fā)動機的研發(fā)，從1938年開始的RD-1,到1947年的TR-3，再到后續(xù)的AL-5與AL-7，留里卡用了二十年的時間，整合了國內(nèi)與世界的先進技術(shù)，在這個新興的領(lǐng)域有了屬于自己的一席之地。盡管那些早期的引擎有些僅僅只有一張圖紙，甚至可能只是一紙數(shù)據(jù)，但卻是蘇聯(lián)航空發(fā)動機發(fā)展的成長足跡。

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PS:感謝臥煙社的輕巡能帶研究員對于本文的資料支持和時間點校對

參考資料

【1】晨楓（2014）.米高揚設(shè)計局與米格飛機[M]

【2】彭友梅（2015）.蘇聯(lián)/俄羅斯/烏克蘭航空發(fā)動機發(fā)展[M]

【3】呂鴻雁?郝建平?航空動力裝置[M]

【4】Bowing Courseware（2012）.EASA ATPL TRAIN POWERPLANT[M]