摘要：如今，当我们穿梭于各大主要机场，喷气式发动机的轰鸣已是司空见惯的背景音。然而，你可曾想过，在那个没有喷气式飞机的年代，航空旅行是何等景象？我们今天能够数小时内跨越千里，习以为常地环游世界，这一切的起点，都源于一项划时代的伟大发明——喷气式涡轮发动机。而在它登上
如今，当我们穿梭于各大主要机场，喷气式发动机的轰鸣已是司空见惯的背景音。然而，你可曾想过，在那个没有喷气式飞机的年代，航空旅行是何等景象？我们今天能够数小时内跨越千里，习以为常地环游世界，这一切的起点，都源于一项划时代的伟大发明——喷气式涡轮发动机。而在它登上世界舞台之前，空中飞行远比现在缓慢和耗时。尽管活塞驱动的螺旋桨发动机已使航空业在飞行距离和速度上取得了巨大飞跃，但人们普遍相信，飞机推进技术的下一次重大突破已近在咫尺。然而，释放这一潜能，让喷气式飞机翱翔蓝天，则需要资金、智慧以及敢为人先的开拓精神。
这位先驱者，便是弗兰K·惠特尔爵士（Sir Frank Whittle）。他集飞行员、工程师、发明家和深思熟虑的思想家于一身，凭借坚定的信念，将喷气式涡轮发动机从脑海中的一个概念，一步步推向图纸，最终使其成为未来数十年航空动力的主流选择。这是一个来自英格兰腹地的工程师之子，如何凭借坚韧不拔的精神和机械工程的天赋，成为航空史上真正先驱的故事。正是因为弗兰克·惠特尔爵士，我们才能在现代社会数小时而非数日之内环游地球。
工业之心的启蒙与皇家空军的锤炼
弗兰克·惠特尔于1907年6月1日出生在英国工业中心城市考文垂。他的父亲是一名机械师，惠特尔的童年大部分时间都在父亲公司的车间里度过，操作机械工具和车床，为其他行业生产零部件。彼时，他已展现出对工程学的浓厚兴趣，不仅精通父亲工厂里的燃气动力工具，还在业余时间对航空产生了强烈的好奇。
成长过程中，惠特尔常常泡在当地图书馆，沉醉于航空、天文学、工程学、燃气轮机以及飞行演进等领域的知识海洋——这些深厚的积累为他日后的成就奠定了坚实基础。随着知识的增长，他对加入英国皇家空军（RAF）的向往也日益强烈，并决心一旦达到年龄便立即投身军旅。
1923年1月，惠特尔以优异成绩通过皇家空军的入学考试，最初被录用为一名飞机机械师。然而，他内心深处一直渴望飞行，立志成为一名飞行员。但由于身材矮小，他在两次空勤人员选拔中均因体格原因被拒。但他并未放弃，甚至曾用化名再次申请（这早期便显露出他坚韧不拔和雄心勃勃的性格）。1926年，在他的第三次尝试中，惠特尔终于通过了体检，被传奇的英国皇家空军克兰威尔训练基地录取，接受飞行军官培训。这个机会，惠特尔绝不会错过。
在皇家空军的基础飞行课程中，惠特尔表现出色，仅用了13.5小时的飞行训练便完成了首次单飞（无教练陪同）。随后，他晋升为皇家空军布里斯托尔货运机队的飞行员，并因其特技飞行和“炫技”而小有名气，也因此不止一次受到上级军官的训斥。
毕业论文的远见：“发动机喷气”概念的雏形
在克兰威尔的训练期间，每位学员毕业前都必须提交一篇论文。惠特尔选择了自己最熟悉的领域——飞行发展，旨在实现远超当时可能达到的更高速度和高度。在他的题为《飞机设计的未来发展》的论文中，惠特尔论证，即使经过进一步发展，活塞螺旋桨飞机在未来也不太可能达到超过500英里/小时（800公里/小时）的空速。
取而代之，惠特尔在论文中提出了一项他称之为“发动机喷气”（motorjet）的新发明：该装置使用传统的活塞发动机驱动空气压缩机，为燃烧室提供压缩空气，燃烧室产生的废气直接用于产生推力。尽管这一概念当时在航空航天工业中已有人提及，但惠特尔认为，他的“发动机喷气”装置在更高的高度运行效率会更高，因为密度较低的空气阻力更小，从而提高整体效率。
1928年，21岁的惠特尔从皇家空军学院毕业，被委任为皇家空军少尉飞行员，后来被评价为一名“卓越至高于平均水平”的飞行员。
从“发动机喷气”到燃气轮机：设计的持续演进
提交论文后，惠特尔继续研究“发动机喷气”原理。他得出结论，通过用燃气轮机替代活塞发动机，可以在相同的基本结构下获得更强大的推力。即用燃气轮机从废气中提取更多能量来驱动压缩机，而非使用活塞发动机驱动的压缩机为燃烧器提供压缩空气。剩余的废气则为飞机提供推力。
在继续履行皇家空军飞行职责的同时，惠特尔因其出色的飞行技术很快被选为教官。1929年，当他被派往剑桥郡的皇家空军威特灵基地时，他继续向基地负责人推广他的“发动机喷气”设计理念。惠特尔很快在帕特·约翰逊（Pat Johnson）飞行军官身上找到了知音，后者曾是一名专利审查员。约翰逊随后将惠特尔的概念呈报给了基地指挥官。
在指挥官的鼓励下，1929年底，惠特尔将其概念发送给位于伦敦的英国空军部，试探政府是否对此感兴趣。惠特尔随后被邀请至伦敦会见空军部科学与工业研究部的一名官员。然而，会面之后，惠特尔收到一封信函，称空军部仍不相信他的设计能够达到实用喷气式发动机所需的效率。空军部指出了其设计中的若干所谓缺陷和一处计算错误，但承认“内燃式涡轮机几乎肯定会发展成为一种成功的发动机，但在此之前，压缩机和涡轮机的性能都必须得到极大改进。然而，调查你的方案确实很有意义，军中同仁提出的任何建议总是受欢迎的。”
这一拒绝惠特尔设计的决定，最终对惠特尔本人、英国政府乃至后来导致第二次世界大战爆发的欧洲紧张局势都产生了巨大影响。
帕特·约翰逊始终坚信惠特尔设计的有效性，并在他的帮助下，该设计于1930年1月获得了专利。惠特尔因此完全保留了其发动机的设计权。随后，他与多家商业机构举行了会议，这些机构对他的设计表示了兴趣，但并未提供进一步研发所需的资金。
在担任飞行教官的同时，惠特尔于1932年进入皇家空军军官工程学院学习。凭借入学考试各科目平均98%的成绩，他得以完成为期一年的缩短课程。成功结业后，惠特尔决定在英国剑桥大学彼得豪斯学院攻读为期两年的工程学课程，并于1936年以一级荣誉获得机械科学学位。至今，剑桥大学工程学院外仍有一块纪念牌匾，以纪念惠特尔曾在此就读。
“动力喷气”公司的诞生：梦想照进现实
从剑桥毕业后，皇家空军额外给予惠特尔一年时间来发展他的设计。然而，由于缺乏额外资金，惠特尔无法续展其设计专利，专利因此失效，这为其他人进一步开发该技术敞开了大门，也带来了风险。
幸运的是，通过与前皇家空军同僚的一系列偶然会面，惠特尔与两名退役的皇家空军军人建立了合作关系，惠特尔在新合伙企业中保留了一半股份。他们的计划是，通过建立一个正式的组织架构，能更好地为惠特尔的设计寻求商业资金。
在经历了一系列不成功的融资会议后，该合伙企业最终在1935年9月获得了一家偏爱高风险投资项目的专业投资银行的青睐。该银行同意资助惠特尔设计的研发。随着这笔交易的敲定，惠特尔喷气发动机的未来得到了保障，航空史的进程也因此永远改变。
通过投资银行、英国空军部以及惠特尔及其两位合伙人之间的三方谈判，一家名为“动力喷气”（Power Jets）的新公司成立了。惠特尔及其合伙人保留了49%的股份，银行首期投资2000英镑（约合2680美元），并有权在18个月内追加投资18000英镑（约合24120美元）。
由于惠特尔仍是全职皇家空军军官，他需要特别许可才能在皇家空军职责之外工作，并且每周投入到“动力喷气”公司的时间被限制在仅六小时。然而，由于惠特尔获准在剑桥多留一年继续研究生学习，这一限制在实际中影响不大。
在皇家空军继续其自身喷气发动机研发工作的同时，“动力喷气”公司的其他人则着手制造一台原型发动机，以验证其可行性和有效性。到1936年底，在位于惠特尔家乡考文垂附近的英国汤普森-休斯顿公司所属的一家工厂里，原型机已接近完成首次试车，并且其制造成本也远低于最初的2000英镑预算。
德国入局与英国的迟缓：喷气时代的竞赛
此时，两位德国顶尖航空工程师——容克斯公司的赫伯特·瓦格纳（Herbert Wagner）和亨克尔公司的汉斯·冯·奥海恩（Hans von Ohain）——已开始研发他们自己的喷气式涡轮发动机。多年来，人们一直怀疑德国的工作是在惠特尔专利失效后在其基础上发展起来的，但德国方面始终否认这一点。与英国皇家空军几年前对惠特尔设计的冷淡态度不同，德国航空部对冯·奥海恩的新设计给予了更积极的支持，第一架喷气式飞机的研发在该国迅速推进，而在英国则进展缓慢。
尽管遭遇了更多挫折，包括皇家空军支持了一位密切关注惠特尔在“动力喷气”公司工作的竞争对手所生产的喷气发动机设计，“动力喷气”公司仍在几乎濒临破产的情况下继续其研发工作。1937年7月，银行向该公司提供了250英镑的紧急贷款，使其得以维持运营。这再次成为惠特尔及其发动机设计命运的转折点。
在惠特尔的一位行业联系人向空军部提交了一份高度评价的报告后，后者决定对惠特尔的工作表现出更大的兴趣，并向研发基金追加投资5000英镑（约合6700美元），用于生产惠特尔发动机的可飞行版本，当时被称为“动力喷气WU”（Whittle Unit，惠特尔单元）。
整个20世纪30年代后期，“动力喷气WU”的研发工作持续进行，但此时德国在研发进度上已遥遥领先。尽管德国人在研发喷气发动机方面也遇到了挫折，但他们最终比英国早了关键的九个月，率先将第一架喷气式飞机——亨克尔He 178送上蓝天，随后是梅塞施密特Me 262。
Me 262在二战末期投入德国空军服役，其飞行速度远超盟军飞机，火力也更为强大。据统计，Me 262在战争结束前至少击落了542架盟军飞机，这让英国皇家空军懊悔不已，后悔当初没有及早接纳和支持惠特尔的初步设计。最终，对惠特尔项目资金的缺乏，以及皇家空军多年来的犹豫不决和缺乏支持，使英国在制造实用喷气发动机的竞赛中失去了宝贵的先机——这些问题在1939年第二次世界大战爆发时，都反过来困扰着英国政府。
破长空：历史性的首次飞行
最终，尽管遭遇了更多挫折和无数个不眠之夜（这些都对惠特尔的心理健康造成了不利影响），“动力喷气”公司还是成功地将其设计改进到足以生产出一台可飞行的发动机，并将其安装在格洛斯特飞机公司（Gloster Aircraft）的E28/39研发试验机上。1941年4月7日，该飞机在英格兰西部的布罗克沃思机场开始滑行测试。随后，在1941年5月15日，由惠特尔发动机驱动的E.28/39从皇家空军克兰威尔基地起飞，飞行了17分钟，最高时速达到约340英里（545公里/小时）。
几天之内，经过进一步的试飞，该飞机在25000英尺（7600米）高度的飞行速度达到了370英里/小时（600公里/小时），远超当时皇家空军最快的飞机——超级马林“喷火”战斗机。随着飞机和惠特尔发动机设计的性能得到验证，包括劳斯莱斯、英国飞机公司（BAC）和霍克-西德利在内的其他英国主要航空航天公司都开始对进一步发展这项技术产生了浓厚兴趣。
整个二战期间，这些公司进一步研发了喷气式飞机。惠特尔本人则致力于研发更强劲的发动机型号，以拓宽其应用前景。皇家空军委托设计了一款由惠特尔设计的发动机驱动的新型喷气式战斗机——格洛斯特“流星”（Gloster Meteor），尽管该型号在1945年6月战争结束前，在皇家空军服役中的影响甚微。
1942年6月，声名鹊起的惠特尔应邀访问了包括贝尔飞机公司和通用电气在内的多家美国航空航天公司。此行的目的是让惠特尔分享他的知识，以加速美国对喷气式飞行的理解，从而推动其喷气式飞机项目的发展。
次飞跃：高涵道比涡扇发动机的诞生
即使格洛斯特“流星”已投入服役，且全球多家航空航天公司都在发展喷气技术，惠特尔并未就此止步。为了进一步提高喷气发动机的效率，尤其是在较低速度下的效率，惠特尔设计出一种独特的方法来“减速增流”他的喷气发动机，即将类似“流星”战斗机那种小质量、高速度的喷气流，转换成大质量、低速度的喷气流，从而有能力驱动未来更大型的飞机。
惠特尔的方法是利用一个额外的涡轮从喷气流中提取能量，并用这部分能量驱动位于发动机前端的一个低压压气机或一个大型风扇。这个风扇能够“吸入”远多于喷气发动机核心本身所需的空气，并将这些额外的空气向后推，形成一股“冷喷气流”。
他完成的新系统被称为涡轮风扇发动机（turbofan engine），即涡扇发动机，至今仍广泛应用于大型军用和商用飞机。该设计在主发动机的排气部分增加了一个额外的涡轮，形成了一个双转子动力装置。后来又增加了第三级，在发动机核心外部安装了特殊形状的涡轮叶片，这将发动机的“涵道比”提高了约三到四倍，为未来驱动更大型飞机的大型喷气式涡轮发动机的生产铺平了道路。
随着战争的继续，到1944年，皇家空军已经意识到早期忽视惠特尔和“动力喷气”公司工作的错误。该公司最终被收归国有，惠特尔及其两位合伙人获得了其股份的补偿，但设计的知识产权则移交给了英国政府。与此同时，惠特尔在进行研发工作的同时，成功地保留了他在皇家空军的职位，并在二战结束时晋升为中校（Squadron Leader）。
后的岁月与不朽的传奇
战争结束后的几年里，全球各地的航空航天公司纷纷采用惠特尔的技术，开始为各种航空应用制造他们自己的喷气式涡轮发动机。
然而，惠特尔本人却因过度劳累而心力交瘁，并且深信如果皇家空军早些支持他的设计，许多空勤人员的生命（以及其他在二战中丧生的人们）或许能够得以挽救。他在1948年以空军准将（Air Commodore）的军衔因健康原因从皇家空军退役。
尽管如此，惠特尔并未停止工作。在整个20世纪50、60和70年代，他受雇于多家英国航空航天公司，并获得了多项重要奖项和头衔。1948年，他被授予大英帝国爵级司令勋章（KBE），获准在其名前使用“爵士”（Sir）的头衔，这是英国公民可获得的最高荣誉之一。
惠特尔最终与第一任妻子离婚，并与一位美国人再婚，定居美国，在马里兰州安纳波利斯的美国海军学院担任研究教授。他后来的研究主要集中在大气物理学领域，直到1976年转为兼职，并最终于1979年从所有有偿工作中退休。在其教授任期内，惠特尔撰写了一本名为《燃气轮机航空热力学：特别针对飞机推进》（Gas Turbine Aero-thermodynamics: With Special Reference to Aircraft Propulsion）的教科书，该书于1981年出版。
颇具讽刺意味的是，二战结束后的许多年里，惠特尔和他的德国同行汉斯·冯·奥海恩偶尔会在各种机构以及在全球各地举行的讲座中相遇。尽管惠特尔最初认为冯·奥海恩是在他的设计专利到期后看到细节才得以开发出喷气发动机的，但他最终改变了这一看法，两人在美国一同巡回演讲时成为了挚友。
据称，在战后多年的一次谈话中，冯·奥海恩曾对惠特尔说：“如果你当初获得了资金，你会比我们领先六年。如果希特勒或戈林听说英国有个人驾驶着一架小型实验飞机能飞500英里/小时，并且正在研发中，那么第二次世界大战很可能就不会爆发了。”
1996年8月9日，弗兰克·惠特尔爵士因肺癌在马里兰州哥伦比亚的家中去世。虽然他在美国被火化，但他的骨灰被送回英国，安放在皇家空军克兰威尔基地附近一座教堂的纪念堂内——73年前，惠特尔正是在那里开启了他的皇家空军征程。
结语：天空因他而不同
无论谁第一个驾驶喷气式飞机上天，弗兰克·惠特尔爵士至今仍被大多数人视为“喷气发动机之父”。毕竟，正是惠特尔首先构思并申请了通过压缩气体并点燃以产生推力的专利概念，这一概念最初吸引了许多人的注意——尽管遗憾的是，在当时，并未引起皇家空军或英国空军部中那些关键人物的重视，即便第二次世界大战的阴云已日益逼近。
所以，下一次当你乘坐商用喷气式客机去往某地，当那些巨大的涡扇发动机在跑道尽头加速旋转，将你和或许成百上千的乘客推向天空时，请花片刻时间，缅怀那些漫长的辛劳、巨大的压力，但最重要的是，是那种开创性的探索精神，才使你我拥有了今日便捷的空中旅程。
来源：航空之家一点号