徐鑫福

飛機(jī)是現(xiàn)今國防上所必需的攻擊和防御武器，并且也是國民經(jīng)濟(jì)中所不可缺少的交通運(yùn)輸工具。由于飛機(jī)的用途不同，要求飛機(jī)的飛行性能也就不同，但一般說來，飛機(jī)的平飛最大速度，升限，和航程是飛機(jī)飛行性能的三個(gè)主要指標(biāo)。在過去幾十年中由于飛機(jī)動(dòng)力裝置的不斷改進(jìn)和飛機(jī)氣動(dòng)力外形的不斷改善，飛機(jī)的最大速度和升限均有飛躍的提高，但增大飛機(jī)航程問題卻一直沒有能得到滿意的解決。現(xiàn)今所采用的是極不方便的空中加油方法。

增加飛機(jī)的航程具有現(xiàn)實(shí)意義，比如國防上所用的戰(zhàn)略轟炸機(jī)，其起飛重量已超過150噸，但由于航程的限制，其進(jìn)攻和返回還不能選取最有利的路線，容易遭受敵人殲擊機(jī)的攔擊；又如作長距離飛行的旅客機(jī)，如果不在中間站加油，則航行時(shí)間可以大大地縮短，而且可以避開惡劣氣候的地區(qū)，使得飛行的安全性有更可靠的保證。

大家知道現(xiàn)今用化學(xué)燃料的飛機(jī)，其航程受到它所能攜帶的燃料量的限制。飛機(jī)的飛行速度愈大則它所需要的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率也愈大，因而單位時(shí)間內(nèi)的燃料消耗量也就愈大。假如攜帶的燃料量為定值時(shí)，則其可能飛行的時(shí)間也愈短，因此人們?cè)趯で笫欠裼辛硪环N物質(zhì)，作為發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，能使飛機(jī)的速度、高度、和航程同時(shí)皆增大。在原子能被人類掌握之后，這種愿望已成為事實(shí)了。

我們知道在原子核內(nèi)儲(chǔ)藏有巨大的能量，利用核子作為“燃料”，就能夠產(chǎn)生比汽油高二百萬倍的熱能。這樣就夠保證飛機(jī)飛得快、飛得高、又飛得遠(yuǎn)，不致因?yàn)槿剂喜蛔愣匦柙谥型局?。例如，“圖－104”噴氣式客機(jī)以每小時(shí)800公里的速度繞地球赤道飛行一周，大約要消耗200噸的煤油，而原子能飛機(jī)只用100克的原子“燃料”就夠了。這些燃料的體積只有一個(gè)核桃那么大。如果攜帶50公斤原子“燃料”則可繞地球赤道飛行500周，晝夜不停地飛行，可飛行約三年之久。由此可見原子飛機(jī)的航程和續(xù)航時(shí)間不再受燃料不足的限制。這樣遠(yuǎn)的航程在地球表面上飛行是太富余了，它還將為星際飛行創(chuàng)造有利的條件。

原子飛機(jī)依據(jù)采用的原子動(dòng)力裝置型式的不同，其工作的情況也就不同。它可能在大氣層以外飛行或只能在大氣層以內(nèi)飛行。這決定于它所采用的動(dòng)力裝置屬于何種型式。能夠在大氣層以外工作的原子發(fā)動(dòng)機(jī)必需是反作用式的，其向后噴射的物質(zhì)不可能再用空氣。可是這種噴射物質(zhì)從那里獲得呢？從理論上說可能有兩種方式：一種是直接利用鈾或其他原子燃料的原子分裂而產(chǎn)生出的微粒流；另一種是利用原子飛機(jī)攜帶的噴射物質(zhì)比如說水。水在高溫下分解可由發(fā)動(dòng)機(jī)的尾噴口噴出。前一種現(xiàn)實(shí)的可能性較小，因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生幾百萬度的高溫。這將使發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)瞬間熔化而蒸發(fā)掉。后一種實(shí)現(xiàn)的可能性較大，但噴射物質(zhì)用完后發(fā)動(dòng)機(jī)就不能再繼續(xù)工作。我們深信會(huì)有其他型式的原子發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)。因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在還處在原子能工程的幼年時(shí)代，只要今后大力開展研究工作，必然會(huì)出現(xiàn)完全新的方法來解決目前尚不能解決的問題。

在大氣層以內(nèi)飛行的原子飛機(jī)，可能采用的原子動(dòng)力裝置有多種型式。在那許多型式中適合于超音飛行和在目前條件下最易于實(shí)現(xiàn)的，是渦輪噴氣式原子發(fā)動(dòng)機(jī)。關(guān)于這種發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理在本文中不擬多談，以下我們將談一下關(guān)于原子飛機(jī)設(shè)計(jì)中的一些問題。

首先要指出：原子飛機(jī)的設(shè)計(jì)方法和步驟，是與一般飛機(jī)設(shè)計(jì)相同的，但也具有一些特殊問題需要解決。這些特殊問題是由原子動(dòng)力裝置的基本特點(diǎn)所引起的。原子動(dòng)力裝置有那些基本特點(diǎn)呢？

第一、在原子分裂過程中，從反應(yīng)堆里放出大量的放射性粒子，其中丙種射線(γ射線)和快中子，會(huì)給予周圍的生物以嚴(yán)重的危害，因此必需加以防護(hù)。我們知道原子能發(fā)電站中的原子反應(yīng)堆的防護(hù)層，重量可達(dá)幾千噸，這對(duì)飛機(jī)來說是不成的。我們不可能在飛機(jī)里砌上至少二公尺厚的水泥墻來，這樣是太重了。如用防護(hù)效能較高的材料如硼和鋰，或采取其他措施，可使防護(hù)層的重量減輕，但其重量仍要有幾十噸。

第二、在飛行中原子動(dòng)力裝置的燃料可認(rèn)為是無變化的，因?yàn)橄奈镔|(zhì)的重量與飛機(jī)的重量比較起來是微不足道的，不像用化學(xué)燃料的飛機(jī)，燃料的重量占飛機(jī)總重的百分比較大，而且在飛行中時(shí)時(shí)刻刻在變化。

由于原子動(dòng)力裝置具有以上的兩個(gè)特點(diǎn)，因此在設(shè)計(jì)原子動(dòng)力飛機(jī)時(shí)，就要解決以下幾方面的問題。

1.如何減輕飛機(jī)的飛行重量，也就是如何減輕防護(hù)層的重量？除了尋找重量輕、防護(hù)效能高的材料外，在防護(hù)方式上也可尋求減輕防護(hù)層重量的措施?，F(xiàn)在采用的防護(hù)方式有兩種，一種是集中防護(hù)，另一種是分散防護(hù)。所謂集中防護(hù)是將防護(hù)裝置集中在原子反應(yīng)堆周圍，不使放射性粒子逃逸出來。這種方法對(duì)乘員上下飛機(jī)很方便，但所需的防護(hù)裝置的重量則較重。我們知道放射線的強(qiáng)度與通過距離的平方成反比，離開反應(yīng)堆愈遠(yuǎn)放射線的強(qiáng)度愈弱，因此可將原子動(dòng)力裝置放在機(jī)身尾部，乘員座艙放在機(jī)身頭部，以增加其間的距離，然后再分別加以防護(hù)。這種分散式防護(hù)方法，可使防護(hù)材料的重量減輕，但帶來了乘員上下機(jī)的不方便，必須等放射性物質(zhì)移開后，乘員始能上下飛機(jī)；或必需采用特殊的地面設(shè)備，足以保護(hù)乘客上下機(jī)的安全。

2.動(dòng)力裝置型式的選擇

當(dāng)原子飛機(jī)在機(jī)場起飛和著陸時(shí)，開動(dòng)原子發(fā)動(dòng)機(jī)，非但乘員不能上下飛機(jī)，而且機(jī)場附近的生物也將受到放射線的危害。因而原子飛機(jī)必需有特殊的機(jī)場；不許可在一般機(jī)場上起飛和著陸。但由于原子飛機(jī)能環(huán)繞地球一圈又一圈地不著陸飛行，因而蘇聯(lián)近衛(wèi)軍上校華爾洛夫提出采用“子機(jī)”方法。機(jī)上的乘客由另一架小飛機(jī)(子機(jī))接送，當(dāng)然，子機(jī)也要加以適當(dāng)?shù)胤雷o(hù)。

我們也可采用混合式動(dòng)力裝置，即在原子飛機(jī)上除裝有原子動(dòng)力裝置外，還裝有普通的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。一般飛行時(shí)使用原子發(fā)動(dòng)機(jī)，起飛和著陸時(shí)使用普通的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，這樣可使機(jī)場上人員免受放射線的侵害。

3.原子發(fā)動(dòng)機(jī)在飛機(jī)上安放的位置

為了飛機(jī)上乘員和地面居民的安全，原子飛機(jī)上的原子發(fā)動(dòng)機(jī)至少有二臺(tái)。當(dāng)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障停車后，飛機(jī)仍能照常飛行到預(yù)定的機(jī)場上著陸。這兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝位置可以放在機(jī)身的兩側(cè)，像圖－104那樣。這對(duì)飛機(jī)的氣動(dòng)力性能較好，但對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的裝拆和維護(hù)卻是不方便的，尤其對(duì)原子發(fā)動(dòng)機(jī)則更不方便。為了維護(hù)與裝拆方便可采用吊掛式，即將原子發(fā)動(dòng)機(jī)吊在機(jī)翼的下面。這種方式也便于應(yīng)用遙控設(shè)備來進(jìn)行維護(hù)工作。蘇聯(lián)原子轟炸機(jī)就采用這種型式。這樣可使機(jī)身內(nèi)的炸彈艙具有最大的容積、適宜的位置，而且由于發(fā)動(dòng)機(jī)重量對(duì)機(jī)翼起卸載作用，因而機(jī)翼的結(jié)構(gòu)重量得以減輕。

4.原子飛機(jī)上的增舉裝置問題

由于原子飛機(jī)上沒有大量消耗性的物質(zhì)，所以在整個(gè)飛行過程中可以認(rèn)為其重量是沒有變化的。除起落架收起與放下影響飛機(jī)重心略有移動(dòng)外，原子飛機(jī)的重心位置在飛行中是變化很小的。這可減少設(shè)計(jì)中的麻煩，同時(shí)尾翼的面積也可以減小。由于飛機(jī)的降落重量和起飛重量相等，就不像一般飛機(jī)那樣，起飛重量大，降落重量小，有利于降落速度的降低，因此如果采用的翼負(fù)荷相同，則原子飛機(jī)的降落速度必大于一般的飛機(jī)，這樣在原子飛機(jī)上就必需采用效能較高的增舉裝置，或選用較低的翼負(fù)荷。

5.原子飛機(jī)上所采用的材料和電子設(shè)備受放射線的影響問題

原子核在分裂過程中所放出的射線不僅對(duì)生物有危害性，并且對(duì)某些金屬和非金屬材料以及電子設(shè)備也有影響。它會(huì)使某些金屬材料的物理性質(zhì)和機(jī)械性能改變。如結(jié)構(gòu)材料的硬度和脆性增加，蠕變加速，應(yīng)力腐蝕更顯得嚴(yán)重。某些材料甚至還會(huì)變質(zhì)，如鋁變成矽，銅變成鎳和鋅，某些材料如鈷，鋅，鉬等，可能變成放射性物質(zhì)。因此原子飛機(jī)結(jié)構(gòu)所用的材料必需加以仔細(xì)的研究，而且所用的合金必需是純潔的。

放射性對(duì)于非金屬材料也有影響，如橡皮會(huì)失去彈性，塑料會(huì)變成粉末，潤滑油、燃料及液壓油會(huì)變成膠狀體等等。

由于放射線能使飛機(jī)周圍空氣離子化，而減弱電磁波的傳播，因此飛機(jī)上的電子設(shè)備也必須遠(yuǎn)離原子反應(yīng)堆并須加以防護(hù)。