航空發(fā)動機（尤其是軍用）要在非常有限的體積內追求極致的性能，需要更尖端的材料和更精細的設計，材料能滿足幾百至幾千小時的穩(wěn)定工作就可以了。三轉子（三軸）發(fā)動機的是英國羅爾斯·羅伊斯，比如羅羅以前的RB211系列和目前的瑞達系列。法國沒有能力搞先進航空發(fā)動機，目前有能力搞先進航空發(fā)動機的只有兩個國家三個公司，即英國的羅羅，美國的GE和普惠，效率，推力和涵道比，增壓比，渦輪前溫度都有匹配關系。渦輪前溫度越高，匹配的總增壓比會提高，民用大涵道比發(fā)動機涵道比盡量增大，匹配的風扇壓比會降低，軍用小涵道比是盡量提高渦輪前溫度，它的要求和民用不同。感覺已經到了現在常用材料的瓶頸了，鎳基合金承載溫度從700升到1000℃提升的比較快，到1100℃再往上就很難了。1400℃是鎳基合金的熔點范圍，現在已經0.8Tm了，更高的溫度只能指望陶瓷葉片或復合材料葉片了。
現在的航空發(fā)動機有離心式和軸流式
地面燃氣輪機希望實現高效率、低成本、耐久性和長時可靠性（溫度相對低一點，要求材料在更長時間的（10萬小時級）穩(wěn)定運行），對體積要求相對低一點。地面燃氣輪機工況相對穩(wěn)定（比如電站），材料能使用更長的時間；而航發(fā)工況更復雜（起飛、爬升、巡航、劇烈機動）導致材料失效更快。這兩個領域要做好的話，都需要幾十年的持續(xù)投入和積累。如果德國和日本要搞先進航發(fā)的話，不少東西也是得從頭開始。戰(zhàn)后德國的人才流失嚴重，國防工業(yè)也被壓制。此外也存在需求不足的因素。畢竟歐洲要直面蘇聯(lián)的壓力，MD在歐洲防務是很上心的。德國雖然在燃機領域頗有建樹，但是航發(fā)和燃機的差異還是很大的，沒有足夠的驅動力，幾大巨頭們也不愿走這條無止境燒錢的路。
MTU利用自己在燃機領域積累的雄厚實力，參加了不少航發(fā)的國際合作，大多負責壓氣機和低壓渦輪部分；核心機一般都是交給美英的合作中完成，這也算是術業(yè)有專攻吧。臺風配備的EJ200好像也是RR負責核心機，德國人搞壓氣機。空客的航發(fā)都是固定的幾家采購，RR（trent系列）、GE和PW（GP系列)或者一些合作成立的公司（像IAE的V2500），德國可能還是以參與為主。自然科學，和工業(yè)是可以積累一步一步往前走，所謂后人站在巨人肩膀上。接下來二流的人才從事商業(yè)貿易，三流的進了IT行業(yè)。那搞技術的，認清形勢以后還能堅持的就只有四流的了。最后的最后，把科研落實到生產的現場工人，他們是被很多人看不起的，航發(fā)卻要通過他們的雙手生產，組裝，調試。
這張圖片更直觀
我個人認為航發(fā)追求的是極端惡劣條件下（高溫高壓高應力）保證長期的、穩(wěn)定的、極端的性能。這個高溫就難倒了很多領域：半導體工業(yè)有很多技術難點，但是常溫或100~200℃左右的問題起碼可以通過各種常見設備（SEM，TEM，FIB，3DAP等等）進行研究，實驗方法也是成熟的，即使是原位研究是可能的。而在航發(fā)中，如高速（甚至是超音速）氣流中的燃燒問題、材料在極高溫度下（1000℃）的蠕變以及相變過程的原位研究等就是用現有手段難以實現的。對物理過程的認識和工程方面的實踐都存在巨大困難的前提下，還要不斷推進技術前沿，我認為是能稱得上最難。準確來說是風扇帶動的外涵氣流產生了超過整機80%以上的推力，單個葉片上的氣動載荷超過2噸，而工作時的離心載荷更是達到13噸以上，而GE90-115B的復合材料+鈦合金包邊葉片更是作為工藝品在博物館展出(具體哪個博物館想不起名字了)，而作為GE90的后輩GEnx將風扇葉片減少至19片，其單片葉片所承受的氣動載荷更大(具體數值沒有查過)。
馬赫數較低的階段，渦扇發(fā)動機效率高
渦輪其實是個能量轉換的部件，就像水輪機的渦淪把水流的勢能轉換為發(fā)電機轉子的動能再來發(fā)電。航發(fā)渦輪是把燃油燃燒產生的熱能轉化為渦輪旋轉的動能，繼而帶動風扇和壓氣機產生推力。渦輪溫度越低，燃油的熱能散失的越多，轉化效率越低，所以這是沒辦法的事情。合金葉片對高溫的承載能力有限，可不可以換種思路，將材料的研究著力于耐高溫涂料上，高溫涂料經過特殊的工藝處理能達到很好的效果，可以減少對金屬材料的依賴，轉而在涂料材料上去的巨大突破。目前來看，未來可能的替代材料是陶瓷基復合材料（CMC），它的溫度能比金屬高很多，甚至不需要涂層，但是還有很多問題需要解決。據說GE搞過實驗，結果我還不了解。這應該還是很有希望的一條路。
發(fā)動機材料不是任何東西都離不開鐵，而是鐵作為雜質不太好完全消除，而且現在國內的鎳基高溫合金國軍標鐵含量也已經可以降低到0.05%，實際產品鐵含量更低。而且也不是所有的鎳基高溫合金都不含鐵，比如發(fā)動機中用量最大的IN718合金，是含有18%的鐵，因為鐵便宜。還有，發(fā)動機材料選用鎳基而不是鐵基最主要的原因并不是鐵的蠕變溫度問題，而是因為鐵會發(fā)生同素異構轉變，鎳則不會。此外，鈷基材料是更好的高溫結構材料，但鈷價格太昂貴，所以綜合來說鎳基材料是最優(yōu)的。航空發(fā)動機為了進氣順暢，是沒有致密濾網這種東西的，最多在入口安裝慣性或者離心分離器。只有地面裝備的燃氣輪機如M1 Abrams裝備的AGT1500燃氣輪機，出于使用環(huán)境需要，才會加裝濾網，不過M1每次大修發(fā)動機時，會發(fā)現許多壓氣機葉片都被沒過濾干凈的沙粒打出凹坑或者邊緣受損。
早期的風扇是窄弦風扇，由實心鈦合金鍛造而成
俄羅斯(前蘇聯(lián))很擅長利用系統(tǒng)工程理論，將一個個不夠先進的零部件整合成為整體性能突出的產品，最典型的莫過于前蘇聯(lián)米格25殲擊機。和歐美同類軍工產品相比，俄羅斯的相關產品具有易于維護，粗獷的特點。不能說精良的、精密的就一定是好的，各有各的優(yōu)點。二戰(zhàn)時期的蘇德戰(zhàn)場將兩種風格的優(yōu)缺點暴露無遺：德式坦克(虎式、豹式等)做工十分精良，制造工藝在當時相當先進，但對維護的要求很高，產量低，在惡劣的蘇聯(lián)冬季氣候中無法有效發(fā)揮自身的效益；反觀蘇式坦克(如T-34)，結構簡單，可利于大規(guī)模制造，操作更簡單，斯大林格勒拖拉機廠的工人在生產出一臺T-34后自己就駕駛著上戰(zhàn)場了。隨著戰(zhàn)事的不斷進行，德軍裝備戰(zhàn)損嚴重，不能得到及時補充，而蘇軍的裝備源源不斷涌向戰(zhàn)場，最后德軍被活活拖垮。 所以，極端追求設備的先進性成為很多人的誤區(qū)，如何實現有設備發(fā)揮最大效力可能是需要重點解決的問題。飛天巡洋，動力先行，航發(fā)技術關乎國家軍事力量，是各國最精尖端技術的集合，其面臨的問題之廣之繁之困難，試驗成本之高是難以想象的，比如渦噴發(fā)動機燃燒室溫度越高性能越好，但哪種材料怎樣處理可以在如此高溫下的使用就成為了絕對屏障，因為不可能去窮舉試驗。航發(fā)看似粗曠實則精密之極。
航發(fā)和燃氣輪機的做功過程是布雷頓循環(huán)
開發(fā)新材料的腳步從未停下，只是在這種環(huán)境下滿足要求的材料確實比較難開發(fā)。現在也有脈沖爆震和超燃沖壓發(fā)動機的研究，但是在跨音速段，渦扇確實是非常有優(yōu)勢。希望以后能有反重力引擎吧。內流空氣系統(tǒng)對維持發(fā)動機瞬態(tài)工作條件的穩(wěn)定十分重要，如果稍有閃失就可能導致部件局部過熱或者零件間隙偏差過大進而影響性能甚至導致安全事故。鈦合金一般用在風扇和壓氣機葉片，工作溫度比較低，正常情況下不會發(fā)生鈦火。我以前看過一篇關于鈦火的論文，主要原因一方面是外物撞擊等造成的劇烈摩擦、沖擊導致壓氣機鈦合金葉片發(fā)生鈦火；另一方面就是喘振等導致高溫氣體從燃燒室反向沖到壓氣機，導致葉片發(fā)生鈦火。
為了提高航空發(fā)動機性能，RR搞的三轉子發(fā)動機，pw搞的是齒輪傳動，目的都是解藕中壓渦輪或低壓渦輪與風扇或中壓壓氣機的轉速（傳統(tǒng)設計，他們是在一根軸上）。大函道比發(fā)動機風扇要求葉尖盡量不超音，而風扇直徑很大，所以風扇轉速不能太高，否則效率惡化。低壓渦輪增好相反，轉速越高效率越高。一個繩子栓了兩螞蚱，只能互相妥協(xié)。我比較關心航發(fā)的軸承使用和維護，以現在高氮合金鋼軸承（內外圈）氮化硅（陶瓷球滾動體）還是無法滿足航發(fā)的實際工況溫度要求。那就需要潤滑系統(tǒng)的補充，首先是滿足高速、高溫、高負載（高扭矩）能形成良好油膜，其次需要潤滑油交換帶走熱量，并冷卻后輸回（油路循環(huán)系統(tǒng)）。軸流式更適合多級排列，提高壓氣比，但是相應的就出現了空氣倒流的可能，所以引入了可調靜止葉片的概念，和放氣活門的概念防止喘震，另外n1 n2轉子的速度匹配也要精確控制，因為n1可以認為空轉，而n2卻要帶動其他附件轉動，所以轉子間的速度匹配也十分困難，就更不用說Rb211及其后來的三轉子系列了，所以能搞三轉子技術的公司很少。
壓氣機采用轉子+靜子的結構
?但為什么一定要搞三轉子呢？因為三轉子相對于2轉子壓氣機的壓縮過程更平滑，更加不容易喘震、也就是說可以提高壓氣比，從而提高渦輪錢燃氣總壓，提高推力，換句話說，如果難度不大，轉子越多可能從某一角度說，發(fā)動機將會越好。
航空發(fā)動機經歷了活塞，渦噴，渦扇三代了，渦扇的潛力也基本到頭了，新一代超燃沖壓以及爆轟發(fā)動機我們和西方站在同一起跑線上，雖然我們基礎方面還是會差一點，但是靠著集中力量辦大事的優(yōu)勢，下一代發(fā)動機上和美英比肩還是很有可能的。
