航空發(fā)動機(jī)簡史： 從活塞時代到噴氣時代

飛機(jī)發(fā)展史同航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展史緊密相連。

世界上因為先有了活塞式發(fā)動機(jī)才誕生了有動力、可持續(xù)飛行的飛機(jī)；先有了噴氣式發(fā)動機(jī)，才誕生了噴氣式飛機(jī)，使超音速、高超音速飛行成為現(xiàn)實；大推力火箭發(fā)動機(jī)研制成功，才把人類送入宇宙空間。

時代變遷

螺旋槳航空發(fā)動機(jī)：活塞時代

活塞式發(fā)動機(jī)的燃料是汽柴油，它的工作原理是：汽油在汽缸里燃燒產(chǎn)生燃?xì)?，燃?xì)馔苿踊钊鶑?fù)運(yùn)動，活塞連桿驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動，這個過程與汽車的驅(qū)動方式高度相似，只是飛機(jī)的主軸連接螺旋槳，而汽車的主軸連接著車輪。最后主軸帶動飛機(jī)螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生向前的拉力。

活塞式發(fā)動機(jī)在飛機(jī)發(fā)展的早期起了重大作用，今天我們還可以見到塞斯納（Cessna）教練機(jī)、水上飛機(jī)等小型飛機(jī)仍然在使用螺旋槳發(fā)動機(jī)。

缺點之一：活塞式發(fā)動機(jī)提高功率的辦法是增加汽缸的數(shù)量，但增加汽缸便會使發(fā)動機(jī)更為笨重，這與飛機(jī)要求重量輕的原則是背道而馳的。

缺點之二：活塞式發(fā)動機(jī)通過螺旋槳驅(qū)動飛機(jī)飛行，但螺旋槳的效率很低，限制了飛行速度的提高，一般在每小時700公里左右就幾乎達(dá)到了活塞式飛機(jī)的速度極限。

航空渦輪發(fā)動機(jī)：噴氣時代

1937年4月，弗蘭克·惠特爾爵士（Sir Frank Whittle）第一次在試車臺上試用了噴氣發(fā)動機(jī)。1949年，第一架噴氣運(yùn)輸機(jī)“彗星號”首次飛行。直到今天，我們在天空中和機(jī)場里能看到的所有大型飛機(jī)幾乎都采用了噴氣發(fā)動機(jī)。

噴氣發(fā)動機(jī)按結(jié)構(gòu)不同可細(xì)分為沖壓噴氣式發(fā)動機(jī)、脈沖噴氣式發(fā)動機(jī)、渦輪噴氣發(fā)動機(jī)、渦槳噴氣發(fā)動機(jī)和渦扇噴氣發(fā)動機(jī)。

大型民航飛機(jī)大都采用渦扇噴氣發(fā)動機(jī)（Turbofan），它是一種非常復(fù)雜的機(jī)械裝置，但其基本工作原理實際上卻并不復(fù)雜?？諝馔ㄟ^發(fā)動機(jī)最前端的風(fēng)扇（進(jìn)氣道）進(jìn)入發(fā)動機(jī)，一部分空氣走中間內(nèi)涵道，經(jīng)過壓氣機(jī)多級壓氣過程變成高壓空氣，然后與航空燃油混合燃燒并急劇膨脹，從燃燒室出口排出后先經(jīng)過渦輪帶動主軸和前端的風(fēng)扇高速旋轉(zhuǎn)，最后從尾噴管高速噴出，與另一部分從外涵道直接流出的空氣匯合，共同推著飛機(jī)前進(jìn)。

由于渦扇噴氣發(fā)動機(jī)的大功率、高速度、油耗低等優(yōu)良性能，成為了大型民航飛機(jī)的首選。

航空發(fā)動機(jī)之難

發(fā)動機(jī)的耐高溫問題

大飛機(jī)航空發(fā)動機(jī)采用的是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，根據(jù)熱力學(xué)原理，渦輪燃?xì)鉁囟仍礁?，流過發(fā)動機(jī)單位體積或重量的空氣產(chǎn)生的功就越多。

為了增大發(fā)動機(jī)的功率最好是不斷提高渦輪燃?xì)獾臏囟取?br />
然而，大多數(shù)金屬的熔點是1500攝氏度左右，也就是說，當(dāng)發(fā)動機(jī)工作時，一旦溫度達(dá)到熔點，發(fā)動機(jī)很多部件就會熔化掉。

因此，如何讓發(fā)動機(jī)部件耐得了高溫，是一個極大的難題。

大風(fēng)扇的制造問題

當(dāng)今大飛機(jī)普遍采用渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)作為其動力來源。

如果說渦輪的重點是要解決耐高溫的問題，那么風(fēng)扇的問題重點是要解決離心力和重量的問題。適用于大飛機(jī)的航空發(fā)動機(jī)，其風(fēng)扇直徑在3米左右，比如美國GE為波音777研制的GE90的風(fēng)扇直徑達(dá)到了3.142米，葉片高度達(dá)1.22米，如此巨大的風(fēng)扇倘若采用質(zhì)量重的金屬材料，即使做成空心葉片，強(qiáng)大的離心力也可以瞬間撕裂風(fēng)扇。

因此，如何讓大風(fēng)扇葉片變輕并耐得了離心力，就成為一個必須攻克的難題。

材料與制造工藝問題

不管是熱端的渦輪、燃燒室也好，冷端的風(fēng)扇大葉片也好，其特殊的材料與制造工藝的研制都必須過關(guān)。

航空發(fā)動機(jī)內(nèi)部極為復(fù)雜精密，對制造裝配的要求是“零差錯”，如何提升制造裝配工藝水平也是一項難度極高的挑戰(zhàn)。

由于航空發(fā)動機(jī)的高技術(shù)含量及其高附加值，航空發(fā)達(dá)國家歷來將其作為高度壟斷、嚴(yán)密封鎖的高科技尖端技術(shù)，其核心技術(shù)嚴(yán)禁向國外轉(zhuǎn)讓，并且在西方國家之間也不例外。