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小火箭出品

本文作者：邢强博士

法兰西，这片美丽富饶的土地上有无数浪漫的故事，有大片诱人的葡萄园，有一个著名的铁塔，有一座十分文艺的宫殿。人们很难把飞机发动机的技术发展史与这个国家联系起来。毕竟，喷气发动机诞生于英国与德国的技术竞争之中，而大推力的火箭发动机则成熟于美国与苏联的太空竞赛之时。实际上，法国人对发动机的贡献是巨大的。世界上第一架以冲压发动机为动力的喷气式飞机就诞生在法国。这架飞机的设计师名叫雷内·勒杜克。

从航空迷到航空工程师

生于1898年的勒杜克是注定要与航空结缘的。世界上第一架重于空气的航空器只比他晚出生5年。童年时代的勒杜克与那时的人们一起沉浸在飞机的出现给人类带来的兴奋之中。14岁的勒杜克成绩优异，但他还是中断了学业，投身到工程技术的学习和实践中，从自行车修理和配件铸造的过程中积累经验知识，梦想着追随莱特兄弟（发明飞机的自行车工匠）的脚步。

1916年，第一次世界大战爆发，勒杜克不得不暂停了学徒生涯。18岁的勒杜克加入了炮兵，并参加了索姆河战役。在这场后来被认定为第一次世界大战中规模最大的战役中幸运地活下来的勒杜克驻扎在枫丹白露直到1920年复员。那时的勒杜克已经认识到了理论知识的重要性。在战争中不忘自学的勒杜克成功地被巴黎高等电力学院录取。在这所后来以“走在信息与能源领域的最前沿”为宗旨的高等工程学院中，勒杜克系统地学习了热力学和材料学的知识，为他将来在冲压发动机领域的研究打下了坚实的基础。

1924年，勒杜克进入布雷盖的飞机制造厂，成为一名航空工程师，正式开始了他在航空领域的职业生涯。

在参与布雷盖-27全金属双翼战场观察机的过程中，勒杜克逐渐发现了以发动机带动螺旋桨进行飞行的方式有诸多弊端。他越来越难以忍受复杂笨重的活塞式发动机了。

于是在1929年，当双翼飞机还未发展到鼎盛时期的时候，勒杜克就已经决定放弃活塞式发动机了。在他眼中，螺旋桨不再是提供动力的优秀发明，而是一种阻碍飞机飞得更快的不够好的设计。这一年，他开始了对脉冲式喷气发动机的研究。这种使推进剂在燃烧室中间歇燃烧来提供动力的发动机只有进气道、燃烧室和喷管三个简单的部件，没有旋转机构，没有曲轴连杆，在提供强大推力的同时，能够极大地减轻发动机的重量。

走向冲压狂人之路

当时的勒杜克不知道，德国有个叫保罗·施密特的工程师已经在1928年开始了对类似发动机的研究。保罗·施密特把这种发动机叫做间歇喷射发动机，勒杜克则将其称为推进剂间歇燃烧发动机。两人都立志将1913年法国工程师洛林提出的冲压发动机的概念变成现实。一场冲压发动机的研发竞赛就这样悄无声息地展开了。勒杜克和保罗·施密特的性格非常接近。他们都是一有想法就要不知疲倦地去尝试直至将其成功实现的人。当然，还有一个两人都不够了解的背景是，德法双方都发觉了对方在发动机技术领域进行探索的研究活动。法国空军开始对勒杜克进行支持，而德国军方则大力扶持保罗的新想法。

不到一年时间，勒杜克就将冲压发动机的原理摸透，并在1930年2月4日申请了专利并开始制作样机。而保罗·施密特则比勒杜克晚了100天左右将间歇燃烧发动机研制成功。勒杜克原本可以借助这种发动机来抢占先机，但是他却毫不犹豫地放弃了这个可以名利双收的机会。在进行了大量测试后，勒杜克认为间歇式燃烧的工作方式虽然能够使发动机的结构变得非常简洁，但是这种断断续续的推力不适合用于载人飞行器。于是，醉心于发展高速载人飞机的勒杜克转而去研究能够连续工作的冲压发动机。不过，命运没有过分青睐勒杜克。找到了新的设计思路的勒杜克兴冲冲地到处打听冲压发动机概念的提出者洛林的联系方式，但是却得到了洛林已经在数月前抱憾去世的消息。

保罗·施密特坚持研究间歇喷射发动机。14年后，世界上第一种导弹V-1诞生。该导弹装备的便是间歇喷射发动机。

而勒杜克则在1930年开始正式踏上了他的“冲压狂人”之路。他对保罗的发动机不感兴趣。V-1导弹的飞行速度为640 千米/小时，这离勒杜克心中理想飞行器的标准还差得远呢。

勒杜克当年写的论文忠实地记录了他设想的飞行器的性能：飞行速度至少为2倍声速（2448千米/小时），在60000英尺（18288米）的高度能够以3倍重力的过载进行超声速转弯，并且在完成这样的机动动作后，飞机的飞行高度能够保持不变。

要知道，在上世纪40年代以前，双翼机还不肯退出天空，涡轮喷气式发动机还不够成熟。勒杜克指出，这些技术指标在未来是完全可以实现的，并给出了明确的方法：增加推重比。

如何减轻飞机的重量是设计师最关心的问题。但是实际的发展情况却并不乐观。在飞机诞生的最初20年里，飞机的结构重量占总重量的比例为25%。到了上世纪40年代，这一比例上升到了40%，并且很难有所改观。这与飞机发动机推力的大幅增加有关。强劲的推力需要有坚固的机身结构来配合。

勒杜克基于这个事实开始了他的理论计算。既然飞机的结构重量（占总重的40%）和人员设备的重量（占总重的10%）不能减少，那么就只能想办法减轻发动机的重量了。小火箭在这里略去勒杜克的计算过程，只给出小火箭的初步计算结果：要让一架总重量为13000磅（换算成质量约5.89吨）的飞机达到他所期望的性能指标的话，发动机的推力至少要达到143000磅（约64.86吨）。也就是说，发动机推力与飞机重量的比要达到11！这个标准即使放到今天也是难以达到的。在那个年代，推重比的概念还没有广泛应用，人们用“单位重量马力”的概念来衡量发动机的性能。勒杜克的性能指标需要飞机每一磅的重量对应46马力的功率。而同时代的飞机，每一磅的重量对应的是0.045马力到0.12马力。勒杜克的性能指标是当时技术水平的383倍到1022倍！

“航空发动机领域必须要发生一场重大的变革才能够让飞机的飞行速度得到突破，但是这个变革来得实在是太慢了！新机器出现的速度不够快是一个原因，但更主要的原因是人类的懒惰！人们总是满足于以身边唾手可得的资源来完成一个性能尚可的设计，对于新概念和新想法却从来不敢放手去试一试！”勒杜克在学术论文中这样写道。

勒杜克用近乎疯狂的思路开始了冲压喷气飞机的总体设计。当时，活塞发动机的可靠性较高，而且看上去还有很大的升级空间，新出现的涡轮喷气发动机则有着不错的表现。人们劝说勒杜克去研究这些比较“正确”的设计。而勒杜克则认为，所谓设计的正确与错误是相对的。那种保守僵化的设计在别人尚未取得技术突破的时候，可以认为是正确的。但是如果有新的设计被证明是成功的，那么保守的设计就应该被摒弃。

冲压喷气飞机诞生

1937年，010型飞机的结构设计完成。1940年，冲压发动机基本完工。

但是，德军的战车已经开始横扫法国的国土。无奈之下，勒杜克只得将飞机拆散后运往法国南部，几经辗转将零件藏在了图卢兹附近的谷仓中。5年后，战争结束了，勒杜克率领团队回到满目疮痍的图卢兹，开始搜寻当年藏起来的零件。可惜有很多零件没能躲过轰炸。勒杜克没有抱怨，在其技术文档中只能找到一句话：“出于一个被历史详细记录的事件，在巴黎的研究中止。”

1946年，010型飞机的第一架原型机出厂。该机外形独特，内外两层壳体构成了飞机的机身。飞行员半躺在内层壳体前部的进气道锥体中。这是存放在法国航空航天博物馆中的勒杜克冲压喷气式飞机原型机。（小火箭在这里要求大家注意勒杜克原型机的圆形舷窗附近写着两个名字：“ReneLorin”和“Jean Villey”。这是两位冲压发动机理论大师的名字。勒杜克没有把自己的名字写在自己设计的飞机上。）

由于外层壳体对飞行员的视线有所遮挡，为了改善视野，勒杜克在外层壳体上设计了圆形舷窗。其后几年，勒杜克一边让飞机进行无动力滑翔试验，一边抓紧时间完成冲压发动机燃油系统的设计和制造。

1949年4月21日，世界上第一架由可提供连续推力的冲压发动机独立驱动的飞机终于实现了首飞。一架“朗格多克”运输机驮载她升到4000米的高度。当飞行速度达到360千米/小时的时候，010型的冲压发动机启动。500个喷油嘴迸发出雾状的煤油，在巨大的燃烧室里变成熊熊的烈焰“朗格多克”运输机轻轻地向下俯冲，像芭蕾舞演员那样谢幕，把舞台完全让给了010型飞机。脱离了载机束缚的010型飞机像一匹脱缰的野马，一下子就冲到了0.85倍声速的高亚声速状态。勒杜克说道：“这是我职业生涯中最重要的一天。人类终于做到了仅仅依靠火的力量就能御风飞行！”首次开启冲压发动机飞行的010型飞机表现不凡。2483米每分钟的爬升率让勒杜克飞机立即成了当时机动能力最好的飞机。这样的爬升率是喷火式战斗机的13倍，是最新型的以涡轮喷气式发动机为动力的F-86“佩刀”战斗机的2倍多。

在这之后，勒杜克发展了多种型号的冲压喷气飞机，并进行了更多的飞行试验。有关冲压喷气飞机的理论和工艺乃至飞机总体设计方案在勒杜克手中变得越来越成熟。

我找到了勒杜克在1956年6月18日撰写的学术论文。如今，冲压发动机已经在远程导弹、高超声速飞行器等领域得到了广泛应用。这篇曾引领了冲压发动机启蒙时代的文章早已完成了它的历史使命，逐渐沉没在卷帙浩繁的冲压发动机技术文献中。

但是，勒杜克的创新思想和追求更快速度的激情仍然闪耀在字里行间。在他写这篇论文的时候，两架010原型机已经坠毁（1951年11月，010型第2架原型机出现发动机空中停车事故，飞机迫降失败。1952年7月，功勋卓著的010型第1架原型机与载机发生了空中碰撞后受损，飞机迫降失败。好在这两次事故都没有夺走试飞员的生命），010型飞机第3架原型机的速度被限制在0.85倍声速之内。016型的表现仍不够理想，新的021型飞机刚刚完成总装就立刻参加了大量飞行测试。

崇尚浪漫的法兰西人终于遇到了音障。飞机的操控性能产生了剧变，在不可预知的急速爬升的同时产生了剧烈的抖动。原来，在与航空技术携手向前的过程中，不仅有美妙的飞行体验，还要面对为冲破大自然的限制而带来的激烈冲撞。命运女神还是不肯把超声速的桂冠递给勒杜克。

不过，踌躇满志的勒杜克仍不灰心。他对冲压发动机的性能参数进行了详细计算并分析了19年来勒杜克系列冲压喷气飞机从概念设计到地面试验再到试飞试验的得与失，以乐观的态度展望了冲压发动机在飞机上的应用前景。

6个月后，1956年的圣诞节刚过，带有更多新概念的022型飞机制造完毕并完成了首飞。该型飞机在冲压发动机的核心部位安置了一台涡喷发动机，使得飞机能够用自身动力实现起飞，不再依赖载机。但是，在第34次试飞时，该机的冲压发动机才终于能够点火，此时已经是1957年5月8日了。随后该机又进行了80次飞行试验，但始终难以突破音障（也有资料称该机曾短暂地达到了1.15倍声速的速度，但这依然与2倍声速的技术指标有一定的差距）。

从现代空气动力学的角度来看，勒杜克飞机的机身气动外形是不适合进行超声速飞行的，比较臃肿的机体和翼尖处的非保形油箱引起的波阻会耗散掉飞机大部分的动力。一个略显残酷的现实是另一个充满灵性的飞机设计师和他的作品开始获得法国军方更大的兴趣，最终导致军方中止了对勒杜克的支持。该设计师名叫达索，他设计的飞机叫做幻影。

尾声

勒杜克在1958年被迫停止了对冲压发动机的研究。为了生计，他经营了一家制造液压设备的公司。10年后，勒杜克去世。达索设计的幻影系列战斗机名声鹊起，重振了法国人在第二次世界大战后的信心。“狂人”勒杜克的022型飞机则在经历了100多次飞行试验后同该系列飞机的早期型号一起成了巴黎北郊的布尔歇航空博物馆的展品。

冲压发动机虽然没能在飞机上得到大量应用，但却在速度更快的飞行器上证明了她的价值。勒杜克去世的时候，冲压发动机已在导弹上得到广泛应用，使导弹的速度达到了3倍声速。36年后，冲压发动机进入超燃时代，强大的推力使飞行器实现了5倍以上声速的高超声速飞行。

如果说是达索缔造了法兰西航空业的辉煌，那么法兰西速度与激情的代言人则应当由勒杜克来担任。现在，已经少有人提及勒杜克这个名字了。但是只要人类仍在追求更快的速度，他的声音就不会消逝。（图为后人想象的带有法国空军涂装的勒杜克战斗机挂弹侧视图。）

59年前，当人们问勒杜克为什么如此执着于冲压发动机的研究时，他说了这样一句话：“速度，是人类永远都无法逃避的致命诱惑！”

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