第一百七十二章三步上篮
按照上个位面的经验，从长远来看，多级轴流式压气机必然会压倒离心式压气机，从而成为喷气式战斗机动力的主流选项。这是因为随着战斗机对动力要求的不断提高，更大的空气流量，更高的总压缩比、更少的能量损失、更小的迎风面积成了新一代发动机追求的目标，而这些恰恰是离心式压气机的短板所在。
根据后世的一般经验，当喷气式发动机的核心机流量超过5千克/秒这个量级后，如果还采用离心式压气机，就渐渐开始得不偿失了。所以我们可以看到，后世战斗机上中等以上推力的发动机几乎全部采用了轴流式压气机。不过即使在轴流式大行其道的的时代，离心式压气机也没有全然销声匿迹，而是表现出异常顽强的生命力。在小推力涡喷、涡扇以及中小功率的涡桨、涡轴发动机上，离心式压气机凭借其单级压缩比高、结构简单、成本低廉的独到优势，深受后世发动机设计师的们的欢迎，成了这些类型的发动机压气机的主流形式之一。
海伦娜的远期规划，自然是要将全轴流式压气机运用到德国的战斗机发动机上，但海伦娜并不准备撇开离心式压气机直奔全轴流式压气机而去，她准备先从离心式压气机起步，然后分步骤分阶段地实现这个目标。这样做的理由有三个：
第一个理由是先搞离心式压气机可以充分利用德国过去的技术积累，此前德国在研制航空发动机的增压器时，用的就是离心式叶轮，而A-*********离心式叶轮，相比技术积累几乎空白的轴流式压气机，先研制离心式压气机可以从其他领域获得更多的技术迁移，这对降低工程风险是非常有利的。至于轴流式压气机，大可以先上车再补票嘛。
第二个理由是先搞离心式压气机可以降低德国进入新手村的门槛，由于每级能提供的压缩比较低，轴流式压气机必须多级串联才能达到理想的总压比，所以轴流式压气机的结构要比离心式压气机复杂很多，这种复杂对对于刚进新手村的德国来说无疑是很不友好的。
在上个位面的二战中，德国的喷气式发动机足足用了八级轴流式压气机才达到了的总压缩比，平均级压比只有左右。如果用离心式压气机的话，只需要一级就可以达到同样的压缩效果，而每台机里光是压气机叶片就需要好几百片，每一片都必须保证良好的加工精度，制造难度可想而知。
第三个方面是从离心式压气机入手可以帮助德国完善喷气式发动机的谱系。即使德国今后在战斗机发动机上转向了轴流式压气机，也不等于对离心式压气机的投入打了水漂。在涡轮螺旋桨飞机、直升飞机、乃至巡航导弹的发动机上，离心式压气机有的是用武之地。虽然本位面这些玩意什么时候能搞出来以及能不能在下一场战争中派上用场，还需要看未来历史的发展，但是将离心式压气机这条技术路线为德国保留着，总是没什么大错的。
在给未来十年德国喷气式发动机发展所做的规划中，海伦娜准备在叶轮系统上采用三步走的发展战略，并且给三步中的每一步都设置了相对合理的技术跨度。这样就可以保证在技术快速迭代的同时，既不会因为步子迈得过大而跌跌撞撞，也不大会因为步子迈得太小而裹足不前。海伦娜规划的压气机具体发展步骤如下：
第一步是研制采用单级离心式压气机的单转子涡喷发动机。这种压气机是由单级向心式燃气涡轮驱动的，可谓是结构最简单的喷气式发动机叶轮形式。从某种角度上说，这一组合直接借鉴了此前液体火箭发动机上的泵系结构，也与内燃机废气涡轮增压器的结构一脉相承，可以将喷气式发动机的准入门槛降到最低。事实上，上个位面的奥海因博士在研制世界上第一台喷气式发动机时，使用也就是这种简单的叶轮结构。
至于技术挑战，自然也是有的，喷气式发动机的涡轮工作温度比A-*********气涡轮都要高不少。上个位面的1937年3月，奥海因在进行第一次喷气式发动机试车时，由于对燃气温度估计不足，不锈钢制造的涡轮叶片几乎要被炽热的燃气烧穿了。奥海因一开始采用燃烧温度很高的氢气作为燃料，更是加重了这一问题，后来改用汽油作为燃料后，燃气温度有所降低，问题也有所缓解。
幸运的是，本位面海伦娜提前在高温合金领域做了不少技术探索，即使不运用额外的冷却手段，现有的铁基高温合金也能够在*********稳定工作，这个条件对于上个位面*********说，是根本无法想象的。
第二步是研制采用轴流/离心组合式压气机的单转子涡喷发动机。在海伦娜的规划中，这种压气机其实是由数级（初步设想为三级）轴流压气机后面加一级离心压气机构成的。压气机的轴流级和离心级采用同轴设计，依然由一级燃气涡轮驱动。不过涡轮形式会从向心式换成效率更高的轴流式，这样发动机排气推力损失会比较小。采用这种组合的目的，是为了充分发挥轴流式和离心式压气机各自的优点。
一方面，由于前面的三级轴流压气机可以对空气进行一轮初步压缩，这样空气在进入最后一级离心式压气机时，体积就已经大大减小了。这就让最后一级离心式压气机的直径就可以做得小一些，对发动机直径的不利影响也会因此而降低不少。
另一方面，由于离心式压气机的级压比远高于轴流式，只需一级就能达到多级轴流式压气机的压缩效果，这就一方面避免了采用全轴流压气机级数过多导致发动机轴向长度太长的问题，另一方面还大大降低了制造成本。
要知道对于全轴流式压气机来说，最末端几级的叶轮的特点是：叶片长度越来越短，叶片数量越来越多，叶片密度越来越大，叶片制造要求越来越高，但由于加压难度越来越大，每一级的增压效率实际上却是越来越低的。而现在只需要一级离心级就能解决所有的尴尬，按照海伦娜的估计三级轴流加一级离心的组合，就足以达到十二级轴流压气机的增压效果。
这一阶段研制的主要难点，是压气机轴流级和离心机的匹配问题，由于采用的上单转子的同轴设计，轴流级和离心级只能以相同的转速运行。在这种情况下，如何兼顾两者的工作效率就会成为一个设计上的难点。
彻底解决这个问题的方法，当然是采用双转子设计，用相互独立的涡轮分别驱动轴流级和离心级，让它们以不同的转速运转倒是可以彻底解决这一问题，但双转子发动机的支撑结构比较复杂，这多少违背了海伦娜简化制造的初衷。
第三步是研制采用全轴流压气机的双转子涡喷发动机，顺便攻克喷气式发动机加力燃烧的技术。这种压气机也是后世战斗机压气机的主流形式，上个位面的米格21所用的P-*********转子加力式涡喷发动机。
双转子发动机机是将发动机的风扇/压气机分为高压部分和低压部分，分别用一组燃气涡轮驱动。前面的风扇/低压压气机转速较慢，后面的高压压气机转速较快，这样可以进一步提高增压效率，减少喘振，降低油耗。
至于加力燃烧则是一种充分利用燃气中残余氧气的手段，主燃烧室中的燃气中还含有一部分氧气未参与燃烧，当这些燃气流过涡轮之后可以让它进入后燃器。在后燃器中，发动机对这部分高温燃气大量喷油，这会让燃气再次被点燃后喷出。使用这种方法，可以让发动机的推力在短时间内增加30%-80%（涡喷发动机加力比小一些，涡扇发动机加力比大一些）。
当然这一步对海伦娜来说还有点远，以至于现在海伦娜还不可能拿出更加详细的规划，只能走一步看一步。不过等到这第三步跨出，音速这个篮筐也就近在海伦娜的指尖了。
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根据后世的一般经验，当喷气式发动机的核心机流量超过5千克/秒这个量级后，如果还采用离心式压气机，就渐渐开始得不偿失了。所以我们可以看到，后世战斗机上中等以上推力的发动机几乎全部采用了轴流式压气机。不过即使在轴流式大行其道的的时代，离心式压气机也没有全然销声匿迹，而是表现出异常顽强的生命力。在小推力涡喷、涡扇以及中小功率的涡桨、涡轴发动机上，离心式压气机凭借其单级压缩比高、结构简单、成本低廉的独到优势，深受后世发动机设计师的们的欢迎，成了这些类型的发动机压气机的主流形式之一。
海伦娜的远期规划，自然是要将全轴流式压气机运用到德国的战斗机发动机上，但海伦娜并不准备撇开离心式压气机直奔全轴流式压气机而去，她准备先从离心式压气机起步，然后分步骤分阶段地实现这个目标。这样做的理由有三个：
第一个理由是先搞离心式压气机可以充分利用德国过去的技术积累，此前德国在研制航空发动机的增压器时，用的就是离心式叶轮，而A-*********离心式叶轮，相比技术积累几乎空白的轴流式压气机，先研制离心式压气机可以从其他领域获得更多的技术迁移，这对降低工程风险是非常有利的。至于轴流式压气机，大可以先上车再补票嘛。
第二个理由是先搞离心式压气机可以降低德国进入新手村的门槛，由于每级能提供的压缩比较低，轴流式压气机必须多级串联才能达到理想的总压比，所以轴流式压气机的结构要比离心式压气机复杂很多，这种复杂对对于刚进新手村的德国来说无疑是很不友好的。
在上个位面的二战中，德国的喷气式发动机足足用了八级轴流式压气机才达到了的总压缩比，平均级压比只有左右。如果用离心式压气机的话，只需要一级就可以达到同样的压缩效果，而每台机里光是压气机叶片就需要好几百片，每一片都必须保证良好的加工精度，制造难度可想而知。
第三个方面是从离心式压气机入手可以帮助德国完善喷气式发动机的谱系。即使德国今后在战斗机发动机上转向了轴流式压气机，也不等于对离心式压气机的投入打了水漂。在涡轮螺旋桨飞机、直升飞机、乃至巡航导弹的发动机上，离心式压气机有的是用武之地。虽然本位面这些玩意什么时候能搞出来以及能不能在下一场战争中派上用场，还需要看未来历史的发展，但是将离心式压气机这条技术路线为德国保留着，总是没什么大错的。
在给未来十年德国喷气式发动机发展所做的规划中，海伦娜准备在叶轮系统上采用三步走的发展战略，并且给三步中的每一步都设置了相对合理的技术跨度。这样就可以保证在技术快速迭代的同时，既不会因为步子迈得过大而跌跌撞撞，也不大会因为步子迈得太小而裹足不前。海伦娜规划的压气机具体发展步骤如下：
第一步是研制采用单级离心式压气机的单转子涡喷发动机。这种压气机是由单级向心式燃气涡轮驱动的，可谓是结构最简单的喷气式发动机叶轮形式。从某种角度上说，这一组合直接借鉴了此前液体火箭发动机上的泵系结构，也与内燃机废气涡轮增压器的结构一脉相承，可以将喷气式发动机的准入门槛降到最低。事实上，上个位面的奥海因博士在研制世界上第一台喷气式发动机时，使用也就是这种简单的叶轮结构。
至于技术挑战，自然也是有的，喷气式发动机的涡轮工作温度比A-*********气涡轮都要高不少。上个位面的1937年3月，奥海因在进行第一次喷气式发动机试车时，由于对燃气温度估计不足，不锈钢制造的涡轮叶片几乎要被炽热的燃气烧穿了。奥海因一开始采用燃烧温度很高的氢气作为燃料，更是加重了这一问题，后来改用汽油作为燃料后，燃气温度有所降低，问题也有所缓解。
幸运的是，本位面海伦娜提前在高温合金领域做了不少技术探索，即使不运用额外的冷却手段，现有的铁基高温合金也能够在*********稳定工作，这个条件对于上个位面*********说，是根本无法想象的。
第二步是研制采用轴流/离心组合式压气机的单转子涡喷发动机。在海伦娜的规划中，这种压气机其实是由数级（初步设想为三级）轴流压气机后面加一级离心压气机构成的。压气机的轴流级和离心级采用同轴设计，依然由一级燃气涡轮驱动。不过涡轮形式会从向心式换成效率更高的轴流式，这样发动机排气推力损失会比较小。采用这种组合的目的，是为了充分发挥轴流式和离心式压气机各自的优点。
一方面，由于前面的三级轴流压气机可以对空气进行一轮初步压缩，这样空气在进入最后一级离心式压气机时，体积就已经大大减小了。这就让最后一级离心式压气机的直径就可以做得小一些，对发动机直径的不利影响也会因此而降低不少。
另一方面，由于离心式压气机的级压比远高于轴流式，只需一级就能达到多级轴流式压气机的压缩效果，这就一方面避免了采用全轴流压气机级数过多导致发动机轴向长度太长的问题，另一方面还大大降低了制造成本。
要知道对于全轴流式压气机来说，最末端几级的叶轮的特点是：叶片长度越来越短，叶片数量越来越多，叶片密度越来越大，叶片制造要求越来越高，但由于加压难度越来越大，每一级的增压效率实际上却是越来越低的。而现在只需要一级离心级就能解决所有的尴尬，按照海伦娜的估计三级轴流加一级离心的组合，就足以达到十二级轴流压气机的增压效果。
这一阶段研制的主要难点，是压气机轴流级和离心机的匹配问题，由于采用的上单转子的同轴设计，轴流级和离心级只能以相同的转速运行。在这种情况下，如何兼顾两者的工作效率就会成为一个设计上的难点。
彻底解决这个问题的方法，当然是采用双转子设计，用相互独立的涡轮分别驱动轴流级和离心级，让它们以不同的转速运转倒是可以彻底解决这一问题，但双转子发动机的支撑结构比较复杂，这多少违背了海伦娜简化制造的初衷。
第三步是研制采用全轴流压气机的双转子涡喷发动机，顺便攻克喷气式发动机加力燃烧的技术。这种压气机也是后世战斗机压气机的主流形式，上个位面的米格21所用的P-*********转子加力式涡喷发动机。
双转子发动机机是将发动机的风扇/压气机分为高压部分和低压部分，分别用一组燃气涡轮驱动。前面的风扇/低压压气机转速较慢，后面的高压压气机转速较快，这样可以进一步提高增压效率，减少喘振，降低油耗。
至于加力燃烧则是一种充分利用燃气中残余氧气的手段，主燃烧室中的燃气中还含有一部分氧气未参与燃烧，当这些燃气流过涡轮之后可以让它进入后燃器。在后燃器中，发动机对这部分高温燃气大量喷油，这会让燃气再次被点燃后喷出。使用这种方法，可以让发动机的推力在短时间内增加30%-80%（涡喷发动机加力比小一些，涡扇发动机加力比大一些）。
当然这一步对海伦娜来说还有点远，以至于现在海伦娜还不可能拿出更加详细的规划，只能走一步看一步。不过等到这第三步跨出，音速这个篮筐也就近在海伦娜的指尖了。
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