第一卷 發展壯大才是真理 第五十五章 氣冷與液冷 文 / 火熱人生
「航空飛行器的發動機並不是指一個機器，它是一個系統的簡稱，它由發動機、推進劑或燃料系統組成，伴有保證發動機正常有效工作所必須的零部件，比如一系列附件、導管、儀表和在飛行器上固定的一些裝置。．|com|但因為它的目的是在於持續有效的為飛行器提供動力，所以我們可以將之簡稱為發動機，它也是飛行器的核心，重要性如同心臟之於人類。」
「1883年當第一台汽油內燃機即活塞式發動機的問世，為第一架飛機的試飛成功奠定了堅實的基礎，讓人類的飛行夢逐步得以實現。隨著技術的不斷發展和進步，航天技術演變至今，已經能讓飛機成為戰爭中不可或缺的主角，偵查、空戰、轟炸、運輸等等，飛機為人類的生活開闢了新的領域，為工業時代帶來了新的一個技術制高點，誰能牢牢佔據這個新興的制高點，誰就能在工業時代甚至更長遠時間裡鶴立雞群傲視天下……」
張宇一直以來都不擅長演說，即便今天是中國航空工業集團航空動力公司成立的大日子，他收羅了肚子裡所有的文學墨水也實在弄不出什麼有名堂的演講，只能馬馬虎虎吧，不過從工人激昂的表情來看，估計這樣沒啥文揪揪的說辭還更能打動他們。
「中國人飛入藍天的夢自古就有，從彈天英雄馮如先生開始我們中國人就沒有停止前進的步伐。當我們比馮先生擁有更好條件的時候，我們更應該做出更好的成就出來。中航動力公司，就是要為中國人的藍天夢提供最好的、最強勁的、最有效的、最持久的澎湃動力，讓我們中國人的飛機飛得更高、更遠、更好。」
1919年4月9日，中國航空工業集團航空動力公司成為該集團首先掛牌成立的公司，選址在廣西東南部的玉林市境內，是該市確立工業強市發展策略以來成立的又一家大型動力公司，之前於此成立的是中國重型工業集團的動力公司，正是因為這裡已經形成了良好的動力設備製造的環境，加上便利的交通，中航動力便在此落腳了。當然公司已經掛牌成立了，所屬眾多工廠也就應該正式投產了。但在這之前，中航動力公司還有一則意義重大的故事值得講述。
航空項目立項之後不久，關於航天飛行器最核心部件之發動機，自治區工業部已經加以考慮了。就當前的工業水平而言，雄心勃勃的中航動力也只能在活塞式發動中轉悠，出於技術實力和工業水平的限制，離噴氣式代還有一定的距離，但是關於發動機究竟是研究氣冷式還是液冷式，當初的動力研究組也有很大的爭議，就好像進入了信息時代人們始終各持己見爭論不已一樣。
活塞式發動機是以汽油為燃料，採用多氣缸四循環原理。當然也正是因此，活塞式發動機的運轉速度非常之快，氣缸內每秒需要點火數十次，高溫高壓的工作環境會使氣缸的溫度很高，所以活塞式發動機必須配備效率優良的冷卻系統。
冷卻無非有兩種方式而已，用冷卻液的循環蒸發帶走熱量即液冷式，用高速氣流的冷卻效應帶走熱量即氣冷式。
為此，液冷式發動機氣缸呈直線或v形排列，發動機機體外殼內設有散熱套，讓具有一定壓力的冷卻液在套中循環流動帶走熱量。這樣一來液冷式發動機的冷卻系統就顯得比較複雜了，包括水箱、水泵、散熱器、管路系統等等，繼而給發動機帶來不小的負重。
然而氣冷式發動機直接是以曲軸為中心，排成星形，氣缸外面有很多的散熱片，飛行時產生的高速氣流可將汽缸壁的熱量散去，繼而達到冷卻的目的，故又稱之為氣冷式星形發動機。
自治一心一意要發展航空事業，無非就是為了在軍事方面有所建樹，民用基本都是運輸的要求而已，後者的刺激倒是其次，所以自治區最大的目的就是為了發展軍事方面優秀的飛行器，只要能軍用方面優秀了，民用的經濟效益可以很容易解決。
由此，到了最後研究方向的爭論進入了白熱化階段。更高的航空要求繼而要讓活塞式發動機應該具有馬力大、重量輕、可靠性好、迎風面積小等等特點，要實現這些個要求無非就只有幾個手段，增大缸徑、增加缸數、增大沖程、增加機械或渦輪增壓裝置。航空動力研究組迅速為了各自的意見而分為兩對立組織，一個堅持要以氣冷為主，另一個當崇尚液冷了。
氣冷組的經過一定研究後堅定地認為，對於氣冷式而言肯定是走星形發動機這條路。而由於整個發動機的正面將暴露在迎風氣流裡，在氣缸體上安裝大量的散熱片，就成為理想的氣冷的格局，所以星形發動機基本上都是氣冷的，星形佈置也成了氣冷式的唯一選擇。
為了獲得足夠的馬力，可以在增加汽缸數和氣缸口徑上做文章。汽缸數很多時候由於發動機正面有限而不能佈置太多，增加太多的缸數肯定會很困難。增加缸徑也有相同的問題，但他們通過技術資料發現增加星形的層數不失為一個好辦法。
如果單層星形有7個氣缸，雙層就是14個氣缸，這樣計算下去可以讓發動機有三層甚至四層星形，繼而能有二十幾個、四十幾個氣缸。如此一來可以根據不同的動力需求而選擇不同的汽缸數和星形層，無論馬力的大小要求，製造出三四千馬力的發動機都不再是夢。
不過他們這樣的設想同樣有問題，多層星形佈置後，排在後面的層次會有很嚴重的冷卻問題。流過的空氣已經在前面被加熱了，到了後面已經是高溫氣體，冷卻效果要嚴重下降。如果不對後面的層次作特別的補償，後層氣缸的壽命和馬力都會受到損失。
如果選擇增大沖程是另作為增加有效馬力的方法，但增加沖程會迅速增加迎風面積，畢竟迎風面積按半徑的平方增加，而阻力和迎風面積成正比，而且活塞式發動機靠燃燒生熱做功，所以燃燒溫度越高，單位體積的出力就越大。靠發動機材料的耐熱性硬抗這樣的高溫是不現實的，需要採用更好更實際的冷卻技術以降低缸體溫度、延長壽命，否則氣冷組是扛不住液冷組的挑釁的。
對於液冷組而言，他們深知對方有利的條件。氣冷發動機是直接利用流過發動機的自然環境空氣進行冷卻缸體，在一定程度上，氣冷發動機可在缸體上安裝很多散熱片，有效增加散熱面積。也就是說氣冷發動機的散熱片的面積不達到所謂的極限，散熱的效率是非常可觀的。換句話說就是如果星形的層數不多，而且缸體數目也一定，採用氣冷方式可以獲得非常好的動力輸出同時也能保證冷卻效果的絕佳狀態。
這對液冷組而言可謂是一個不大不小的挑戰，但氣冷本質上的冷卻效率不高，即便氣冷組通過各種手段讓多缸體多層數的大馬力氣冷發動機，獲得了一定的實際使用能力，液冷組也最多失去的是應用於運輸類型的飛機發動機，他們不能在作戰性質飛機亦戰鬥機上讓液冷式發動機毫無作為。
液冷的主要利器無非就是利用冷卻物質，如冷卻水、專用冷卻油等流經缸體壁，將熱量帶離發動機，然後通過專用的散熱器將熱量釋放到空氣中。冷卻物質的導熱係數大大高於空氣，有利於傳熱，可以有效地將大量熱量帶離發動機，繼而能容許發動機達到更高的工作溫度，有利於提高單位體積馬力，並容易使缸體溫度達到高度均勻，改善發動機工作條件，延長髮動機壽命。
散熱器的設計對液冷組乃至他們背後的技術團隊而言並不是難點，他們有足夠的自信能夠製造出可以不受發動機缸體形狀、佈置的限制，而需採用大量長而窄的散熱片。甚至需要的話，還可以讓冷卻水管在散熱片組之間來回盤旋，組成多程換熱器，非常有利於大大提高散熱效率，後者的散熱效率必將大大高於直接和缸體相連的散熱片。
水冷的傳熱效率高於氣冷，冷卻性能跟更好，這是不爭的事實也是液冷組的優勢。但水冷需要額外的管路和散熱器，讓生產製造更複雜、養護更繁瑣，這是相對於氣冷的一大缺點，而且從歐洲方面的液冷發動機應用而言，冷卻水洩露還是一個不小的問題。
由此，在發動機功率要求不大的時候，水冷有多了散熱器、管路等等引申出的各種問題就顯得很突兀，比氣冷發動機重且複雜，就沒有什麼優越性。功率一定的發動機的體積和重量都不是問題，氣冷發動機簡單的特點就十分顯著，液冷沒有任何優勢而言。但當發動機功率要求很高的時候，氣冷發動機的局限就出來了，大量的散熱片不僅不能有效地散熱，也大大增加了重量，液冷的系統效率優勢就顯示出來，系統總重量反而更輕了。
兩者之間的互有優劣都讓彼此難以放棄自己的想法，都欲讓對方接受自己的正確想法，繼而引發爭論，但爭論的結果往往都是讓彼此更加確信自己的想法是正確的，可以說爭論由始至終都是無效的。所以，「實踐是檢驗真理的唯一標準」，這句話讓他們都找到了說服對方的好方法，那就是各自做出成就來比拚一番才行。
工業部和軍方都很是明顯的指出航空事業首先是要為軍事服務，所以研發的機型無非就是速度快、機動性強的戰鬥機，運力範圍大且機動性與經濟效益較好的運輸機，遠中近各種航程的轟炸機、偵查與客運等等應用的飛機都可以慢慢引申出來。兩大組的比拚從第一種開始了，那就是戰鬥機。
對於戰鬥機來說，從歐洲戰爭的血與火實踐已經可以知道，追求速度和高度是一個永遠不變的主題，而且這一主題還將繼續下去。氣冷星形發動機和液冷直列（包括v形）發動機在戰鬥機上的優劣之說，都不能脫離對速度和高度的比試。
對於速度來說，增大馬力、減小阻力就是不二的法門。
水冷發動機對於提高馬力有天然的優勢，直列或v形的液冷發動機的一個巨大優勢就是體型狹長，這一優勢可以為之帶來迎風面積小、阻力小的好處。將直列發動機沿機身縱向放在前機身內，機頭的整流罩可以保持流線型的氣動外形，有利於進一步降低阻力。如此佈置以後，使用直列發動機的戰鬥機看起來就是尖頭，這對飛行員的駕駛而言非常有利。
而氣冷組的星形發動機要維持良好的氣冷，必須把發動機的整個正面暴露在迎面氣流裡，這樣就難以使用整流罩降低阻力，所以星形發動機的戰鬥機都是鈍頭。鈍頭又使座艙前方視野不良，而為了改善視野只能駕駛員的座艙，這反而進一步增加迎風阻力損失了速度。
當在空中飛行時這一缺點經風洞試驗後得出的結論來看，這一缺點並不明顯，然而飛機要起飛與著陸就顯得比較困難，所以在速度上氣冷失敗了一點點。
兩者速度問題都不是很大，差距並不明顯，但是在高度上各自的缺點卻立馬凸顯出來了。
高空環境中空氣稀薄，活塞式發動機的進氣會受到很大的影響，為了保證發動機的有效工作就必須採用一定的措施，用機械增壓或渦輪增壓成了必然。
機械增壓從發動機用機械聯動引出一部分功率，驅動空氣壓縮機，提高進氣壓力，以改善高空的活塞式發動機的工作效率。機械增壓的好處是在任何發動機轉速都能有效工作，油門響應快，壞處是吃掉的發動機功率比較多，系統重量也比較大。
渦輪增壓不直接從發動機中引出功率，而是在發動機的排氣回路中安裝一個廢氣渦輪，帶動壓縮機完成增壓。渦輪增壓也要吃掉一點發動機的功率，因為發動機的排氣背壓增高，發動機出力下降。但渦輪增壓比機械增壓吃掉的功率要小很多，系統重量輕，可靠性好，壞處是油門響應慢，需要發動機轉速上升到一定程度才能正常工作。
後者對戰鬥機而言並不是問題，戰鬥機在向上攀爬時，發動機已經高速運轉了，啟動廢氣渦輪不是問題。但油門響應是一個問題，所以在戰鬥機發動機上，必然是渦輪增壓和機械增壓一起使用兩者互補。
當然機械增壓和渦輪增壓的技術對兩大組而言都不是問題，在汽車工業上已經很純熟應用了增壓技術，當然或許也是因為汽車技術的純熟，而讓液冷組更有自信要將液冷繼續下去，因為汽車也是液冷的，包括即將運用於鐵路交通的內燃機車。當然打敗氣冷的並不是這些，而是事實。
作為戰鬥機發動機，渦輪增壓的優越性是顯然的，當然也是必然的。但渦輪增壓卻很難用於氣冷星形發動機上，由於星形發動機的缸頭朝外，所以每個氣缸分別進氣、分別排氣。機械增壓為每個氣缸的進氣回路分別安裝壓縮機，這估計將是一個巨大的挑戰；而還要應用渦輪增壓技術，就還要求為每個氣缸的排氣回路安裝廢氣渦輪，這將大大增加系統的複雜性和成本。
相比之下，直列或v形發動機的缸頭一字排開，可以用匯流裝置統一進排氣，只需要一套集中的機械增壓或渦輪增壓裝置就可以了，大大簡化了系統提高了效率。從高空性能來說，直列或v形發動機也比星形發動機有利。而星形發動機如果強行使用兩種技術後，也在將徹底失去了它引以為傲的結構簡單、質量輕便的優勢，變得比液冷式更為複雜龐大臃腫。
更為有利於液冷組的是，不管是機械增壓還是渦輪增壓，理想情況下都應該對增壓後的空氣進行中間冷卻，以降低溫度、提高密度，以便在同樣進氣壓力下，在單位體積內灌進更多的空氣，可以和更多的燃料混合燃燒產生更好的動力輸出。星形發動機的缸頭分別進氣，採用中冷比較困難。直列或v形發動機採用統一的匯流裝置然後分流到各個氣缸，採用中冷就比較方便。從中冷的角度來說，直列或v形發動機又比較有利了。
所以綜合起來，液冷組的發動機在戰鬥機上贏得了全面的勝利，但氣冷組並沒有就此放棄，因為裝備液冷的發動機的戰鬥機必然會對冷卻物質，比如說淡水產生龐大的需求，這極大的限制了它的使用範圍，而且氣冷的抗戰損能力也必然值得注意。
設想一下，如果敵人將液冷式發動機的水冷管道和專用的散熱器擊中，只要損毀一部分便能讓冷卻能力喪失，可氣冷組的人沒有想到敵人為什麼能夠擊中己方的散熱器之類的所在部位，為什麼不去直接攻擊座艙打擊飛行員呢？後者更是一個有效的手段，所以液冷與氣冷的戰鬥機並不存在所謂的抗戰損率競爭，不需要大量的冷卻水和啟動環境多樣化，這才是氣冷組需要考慮到的應用優勢所在。
無論怎樣，戰鬥機的發動機應用上，二世為人張宇的建議包括另一個時空的實戰檢驗結果，同樣是液冷式戰鬥機佔據了上風，但氣冷的也不是一無所成，因為他們還可以運用於第二種飛機類型，對澎湃動力極具要求的運輸機需要星形氣冷發動機，當然還有更多未知領域需要氣冷發動機，未經過大量實踐檢驗是不能得出真理的，氣冷的前景同樣很廣闊。
無論怎樣，當氣冷組與液冷組這樣為了自己的意見而堅持、努力的時候，已經是對自我能力的自信展現，無論成王敗寇，都是航空事業的進步，因為這說明自治區的技術人才們已經成長起來了，發展至更多領域後，必將更能帶動整體工業的進步，無論是哪一個行業。
當然，這樣的結局自然不是最終的結果，當然也不是一個偌大航空動力公司被建立起來的理由，航空動力研究組當初為了一個液冷還是氣冷就展開了如此持久激烈的競爭，如今動力公司成立起來了，相信未來的比拚之路還會更長，但目前而言他們都已經有了各自的任務，那就是踏踏實實生產發動機，不管是現在的活塞式還是未來的噴氣式。
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