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   直到二戰(zhàn)時(shí)期，英國(guó)人才如夢(mèng)初醒，匆匆忙忙的開(kāi)展了噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的研制工作，終于，在二戰(zhàn)的末期，出現(xiàn)了英國(guó)和德國(guó)制造的噴氣式飛機(jī)在天空廝殺的情景。而大洋彼岸的美國(guó)似乎比英國(guó)還要反應(yīng)遲鈍，雖然他們?cè)诩夹g(shù)上早已大大超前，美國(guó)科研人員甚至比德國(guó)同行更早掌握了大推力噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的制造方法，但是由于美國(guó)高度官僚化的軍工體系，這種新技術(shù)被擱置了。直到戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束，美國(guó)也沒(méi)有一架?chē)姎馐斤w機(jī)投入使用過(guò)。

   生于戰(zhàn)火的航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)就這樣誕生了。當(dāng)然，是它們，因?yàn)楫?dāng)時(shí)出現(xiàn)的航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，是一對(duì)親兄弟，分別叫做離心式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和軸流式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)。

   離心式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)源于惠特爾的技術(shù)，它的前面安裝了一個(gè)很大的離心式葉輪，用于把空氣增壓。而軸流式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)是德國(guó)人研制的，前面安裝了一組軸流式風(fēng)機(jī)作為壓氣機(jī)給空氣增壓。

   最開(kāi)始，這兄弟倆各有千秋，英國(guó)，蘇聯(lián)等國(guó)比較喜歡離心式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)，易于維修的優(yōu)點(diǎn)。美國(guó)，德國(guó)等國(guó)則更青睞軸流式發(fā)動(dòng)機(jī)，它的性能更為優(yōu)越。但是，軸流式發(fā)動(dòng)機(jī)零件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且需要完成大量復(fù)雜的機(jī)械加工工作。

   離心式和軸流式的爭(zhēng)執(zhí)長(zhǎng)期持續(xù)著，朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)中，它們甚至得到了一個(gè)實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)的機(jī)會(huì)：安裝離心式發(fā)動(dòng)機(jī)的蘇制米格-15戰(zhàn)斗機(jī)和安裝軸流式發(fā)動(dòng)機(jī)的美制F-86戰(zhàn)斗機(jī)在這個(gè)東亞的狹長(zhǎng)半島上廝殺，成為人類(lèi)歷史上第一次噴氣式飛機(jī)的較量。

   然而，設(shè)計(jì)師們很快發(fā)現(xiàn)，離心式發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)遇到了一個(gè)死循環(huán)：為了增大發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，必須提高壓氣機(jī)的增壓能力，而要設(shè)計(jì)更大增壓的葉輪，辦法只能是增大葉輪的直徑，但是如果這樣的話，發(fā)動(dòng)機(jī)的重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都將增加，從而讓增大推力的努力白費(fèi)，為了更大的推力只好去設(shè)計(jì)更大的葉輪，然后又一輪周而復(fù)始。這整個(gè)一個(gè)“面多了加水，水多了加面”嘛！

   反觀軸流式發(fā)動(dòng)機(jī)則根本沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題，要想增加壓縮機(jī)的增壓能力，只需要在軸向多加上幾級(jí)定子/轉(zhuǎn)子葉片就可以了，不會(huì)增加徑向尺寸，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和重量的增加也很少，所以性能就可以成倍的提高。

   于是很快，離心式發(fā)動(dòng)機(jī)就被作為一種落后的技術(shù)而棄之不用。今天，我們見(jiàn)到的航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，幾乎100%都是軸流式的。

航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)：它的結(jié)構(gòu)是什么？

   上圖所示，是一臺(tái)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的剖視圖，我們可以很清晰的看到它的結(jié)構(gòu)。

   渦輪機(jī)的核心，是中間的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。最頭部是一個(gè)激波頭錐，它是可以調(diào)整的，一般頭錐的后部安裝有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以將軸上的轉(zhuǎn)矩輸出，再通過(guò)一臺(tái)減速機(jī)減速然后用作其它用途。

   接下來(lái)，是壓氣機(jī)區(qū)，這是一臺(tái)軸流發(fā)動(dòng)機(jī)，所以壓氣機(jī)也是軸流式的，它分為定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分是由互相交錯(cuò)排列著的葉片排構(gòu)成，一排轉(zhuǎn)子葉片+一排定子葉片就叫做“一級(jí)”。我們要想知道這是多少級(jí)的壓氣機(jī)，只需要數(shù)一數(shù)有幾對(duì)定子/轉(zhuǎn)子葉片排就可以了。有些高性能的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)在它們的壓氣機(jī)區(qū)第5級(jí)或第6級(jí)位置還可以看到一環(huán)放氣環(huán)。

   接下來(lái)是燃燒室，這里是高壓氣體和燃料混合后燃燒膨脹做功的地方。燃燒室也分為很多種類(lèi)，早期的發(fā)動(dòng)機(jī)多采用火焰筒式，看起來(lái)就像一排可樂(lè)罐。而現(xiàn)代的一般都是環(huán)狀燃燒室了。

   燃燒室的后面，就是渦輪了，它是整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件。由渦輪盤(pán)和葉片組成，渦輪盤(pán)是一個(gè)精密鍛件，邊上銑出了很多安裝槽，葉片是通過(guò)榫頭連接到渦輪盤(pán)上的。今天，在很多航空強(qiáng)國(guó)制造的發(fā)動(dòng)機(jī)里，葉片和渦輪已經(jīng)是整體鍛造的了，這樣可以節(jié)約很多榫頭和連接件的重量，但是工藝也進(jìn)一步復(fù)雜了。

   最后，是尾噴管，燃燒室產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)庠谶@里被釋放，膨脹后高速?lài)姵?，觀察尾噴管的橫截面可以區(qū)分它是亞音速的還是超音速的：如果是收斂的，那么就是亞音速。如果是采用了類(lèi)似沙漏形的收斂-擴(kuò)張噴管（學(xué)名是拉伐爾噴管），那就是超音速。

   此外，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)還有很多附件：電氣系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，燃料供給系統(tǒng)等。它的結(jié)構(gòu)之復(fù)雜讓很多人難以想象。

航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)：它如何工作？

   下面溫習(xí)一下中學(xué)物理曾經(jīng)學(xué)過(guò)質(zhì)心不變定理：一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的質(zhì)心是保持不變的，當(dāng)飛機(jī)高速?lài)娚涑鰵怏w時(shí)，飛機(jī)+氣體這一系統(tǒng)中，有一部分質(zhì)量被以極高的速度噴射到了后面，由于質(zhì)心的位置不變，飛機(jī)也就開(kāi)始高速前進(jìn)了。這就是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作的基本原理。

   學(xué)過(guò)工程熱力學(xué)的人應(yīng)該知道，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)是一種燃?xì)廨啓C(jī)。它的理想熱力學(xué)循環(huán)由四個(gè)步驟組成：定熵壓縮，定壓加熱，定熵膨脹，定壓放熱，這是布萊頓循環(huán)的特征。但是，和燃?xì)廨啓C(jī)不同的是，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪出口乏氣并沒(méi)有被用于直接作為廢氣排出，而是被高速?lài)娚涑鋈?，利用噴射出去的氣體的反作用力產(chǎn)生推力。以下我們以理想航空發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力循環(huán)為例（布萊頓循環(huán)）進(jìn)行說(shuō)明：

    在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程中，第一步就是增壓，也就是熱力學(xué)循環(huán)的第一步：定熵壓縮過(guò)程。飛機(jī)飛行時(shí)，迎面吹來(lái)的氣流速度很快，具有很高的動(dòng)能，為了增壓，就需要對(duì)其進(jìn)行降速增壓（伯努里定律）。

   其實(shí)，噴氣式飛機(jī)的進(jìn)氣道就可以讓空氣流速降低，從而使之速度增加。但是這個(gè)增壓對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，所以就需要壓氣機(jī)來(lái)進(jìn)行。

   前面說(shuō)過(guò)，壓氣機(jī)分為離心式和軸流式兩種，離心式壓氣機(jī)的原理類(lèi)似家里的洗衣機(jī)甩干筒，氣流流入后會(huì)沿著流道被高速旋轉(zhuǎn)的葉輪甩到邊緣去，從而使之被增壓。而軸流式壓氣機(jī)是靠軸向安裝的一對(duì)對(duì)定子/轉(zhuǎn)子葉片的高速旋轉(zhuǎn)，使被吸入的空氣獲得更高的動(dòng)能，并且最終讓其獲得更高的壓能。

   轉(zhuǎn)子的葉片高速旋轉(zhuǎn)，就像電風(fēng)扇一樣使勁地給迎面吹進(jìn)的氣流加速，從而讓本來(lái)就速度很快的空氣達(dá)到了更高的速度，然后這些高速氣體很快流入定子葉片組成的一個(gè)個(gè)擴(kuò)壓流道，頓時(shí)讓氣體的流速急劇降低，這部分能量就轉(zhuǎn)變成了壓能，從而使得空氣的壓力升高了。

   單級(jí)定子/轉(zhuǎn)子葉片的增壓效果有限，為了達(dá)到更大的增壓比，就必須得設(shè)計(jì)出多級(jí)增壓，現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)一般都是7---9級(jí)增壓的。

   但是，把這么多葉片都裝在同一根軸上，又會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的喘振問(wèn)題。從它的結(jié)構(gòu)我們可以看出，壓氣機(jī)里的空氣流動(dòng)只能是單向的，可是飛機(jī)飛行的時(shí)候，姿態(tài)千變?nèi)f化，完全有可能導(dǎo)致后面的高壓空氣倒著流出來(lái)。這就會(huì)造成葉片的嚴(yán)重震顫，這種現(xiàn)象就叫喘振。喘振是一種比較嚴(yán)重的事故，輕則產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，重則破壞發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致空中停車(chē)。防止喘振的方法有很多，辦法之一是在軸流壓氣機(jī)上安裝一個(gè)放氣環(huán)，從而可以將倒灌的高壓氣體釋放。

   為了更加徹底地解決喘振，工程師們?cè)O(shè)計(jì)出了雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，具體就是將發(fā)動(dòng)機(jī)主軸設(shè)計(jì)為嵌套的兩根軸。里面一根軸上裝低壓壓氣機(jī)，外面套著的軸上裝高壓壓氣機(jī)。相應(yīng)的，渦輪也設(shè)計(jì)了兩級(jí)：外面的是高壓渦輪，里面的是低壓渦輪。由于低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)在兩根軸上，轉(zhuǎn)速也不相同，減少了高壓氣倒灌的可能，所以這種設(shè)計(jì)不但效率高，可以有效防止喘振。但是這就要求高壓和低壓兩級(jí)壓氣機(jī)工作必須匹配。我國(guó)的“昆侖”渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在試驗(yàn)中，曾經(jīng)因?yàn)楦叩蛪簤簹鈾C(jī)工作不匹配的問(wèn)題造成了3次空中停車(chē)的重大事故。

   現(xiàn)在，甚至有三轉(zhuǎn)子的發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)，在外面又套了一根風(fēng)扇軸。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的效率更高且防喘性能更佳。但是結(jié)果異常復(fù)雜，而且?guī)?lái)了嚴(yán)重的強(qiáng)度問(wèn)題。所以這種發(fā)動(dòng)機(jī)至今仍是英國(guó)羅爾斯·羅伊斯公司的專(zhuān)利，他們的Trent系列航空發(fā)動(dòng)機(jī)都是三轉(zhuǎn)子的。其他國(guó)家如美國(guó)，俄羅斯，法國(guó)和中國(guó)仍在設(shè)計(jì)和使用雙轉(zhuǎn)子。

   被壓氣機(jī)區(qū)壓縮后的高壓氣體進(jìn)入燃燒室后，就會(huì)與這里的煤油混合，猛烈地燃燒起來(lái)。這是它的熱力學(xué)工作循環(huán)第二步：定壓加熱過(guò)程。

   燃燒室由擴(kuò)壓器，機(jī)匣，噴油嘴，旋流器，火焰筒等多個(gè)部件組成，通過(guò)燃料和空氣在其中的混合產(chǎn)生了猛烈的燃燒，產(chǎn)生了大量的高溫高壓燃?xì)?。這里的溫度也將是極高的。這個(gè)溫度叫做“渦輪前溫度”。

   高壓燃?xì)饬飨驕u輪，使渦輪高速旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)整個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)，開(kāi)始了熱力學(xué)工作循環(huán)第三步：定熵膨脹。渦輪的工作環(huán)境非常惡劣：首先是高溫，對(duì)于一些高性能發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪前溫度甚至可高達(dá)2450K（約合2177℃）！這是一個(gè)恐怖的溫度，煉鋼爐和它相比簡(jiǎn)直太涼快了，高速旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的巨大離心力（它的轉(zhuǎn)速高達(dá)50000---100000r/min），足以讓葉片承受幾噸甚至幾十噸的離心力。而這個(gè)葉片的大小也就一個(gè)人的手掌那么大。渦輪的高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)了前方壓氣機(jī)的旋轉(zhuǎn)，從而讓空氣可以不斷的增壓，繼而不斷的完成一個(gè)個(gè)的熱力學(xué)循環(huán)。

   最后，從渦輪后方釋放出的做功后氣體（術(shù)語(yǔ)叫乏氣）就會(huì)沿著尾噴管高速?lài)姵觯瓿蔁崃W(xué)循環(huán)的第四步：定壓放熱，從而提供了使飛機(jī)向前的動(dòng)能。當(dāng)然，以上的描述只是一個(gè)理想狀態(tài)，實(shí)際渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在工作中的循環(huán)并非標(biāo)準(zhǔn)的布萊頓循環(huán)：氣體和燃料混合燃燒后顯然不可以被當(dāng)作理想氣體看待，發(fā)動(dòng)機(jī)的外殼并非絕熱的，壓縮機(jī)在壓縮氣體的過(guò)程中必然不會(huì)是一個(gè)等熵過(guò)程等。不過(guò)，它仍然可以相對(duì)準(zhǔn)確的描述渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程。

航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)：它是個(gè)“變形金剛”

   剛才介紹的，是航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)里最典型的一種----渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是現(xiàn)代軍用飛機(jī)的核心部件-----等等，你是不是忘了什么？那些“渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)”又是怎么回事呢？

   其實(shí)，它們的本質(zhì)和渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是完全一樣的。因?yàn)椋瑴u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)需要會(huì)像變形金剛那樣的“變身”。

   渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)具有適應(yīng)高速飛行的優(yōu)點(diǎn)。人們使用渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)甚至創(chuàng)造了3馬赫以上飛行速度的奇跡。但是它的弊端也很明顯：必須有足夠高速的迎面來(lái)流，才可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)具有足夠高的效率。這就要求飛機(jī)的速度必須非常高，如果飛行速度低了，就會(huì)出現(xiàn)燃料消耗劇增，飛行性能變差等一系列問(wèn)題------一言以概括：裝了渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，跑得快很容易，跑得慢就費(fèi)勁了！對(duì)于民航客機(jī)，速度并非關(guān)鍵，最重視的是燃油經(jīng)濟(jì)性，要知道那可是燃燒的白花花的銀子啊。而對(duì)于軍用飛機(jī)，也不可能總是有那么高的飛行速度，低速性能還是很重要的。

   為了解決這個(gè)問(wèn)題，工程師們?cè)趬簹鈾C(jī)的前面安裝了一組大風(fēng)扇，從而將迎面來(lái)流分成了兩個(gè)部分，一部分和渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，通過(guò)壓氣機(jī)，燃燒室，渦輪，尾噴管完成熱力學(xué)循環(huán)，另一部分則從這個(gè)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的外面流出。這樣原來(lái)的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)就變成了中間一個(gè)小小的燃?xì)獍l(fā)生器，由于不是所有的來(lái)流都被用作熱力學(xué)循環(huán)，所以效率大為提高。于是，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)就這么變身為當(dāng)前最主流的航空動(dòng)力裝置----渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

   渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)中，吹來(lái)的氣流分為兩個(gè)部分，外部流和內(nèi)部流，專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)叫外涵道和內(nèi)涵道，它們的質(zhì)量之比叫做“涵道比”。是一個(gè)很重要的技術(shù)指標(biāo)，一般而言，涵道比越高，效率越高，燃油經(jīng)濟(jì)性也越好，但是它的直徑也會(huì)變大，高速性能就會(huì)越差。所以，涵道比也會(huì)根據(jù)不同的用途進(jìn)行選擇：一般而言，對(duì)于速度較低，對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性要求很高的民航客機(jī)采用高涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)，而對(duì)于高速度，高機(jī)動(dòng)性的軍用飛機(jī)，低涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)是它們的不二選擇。此外，渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)還可以用作巡航導(dǎo)彈的動(dòng)力裝置。

   如果風(fēng)扇的直徑繼續(xù)增大，減少它的葉片數(shù)量，讓它成為螺旋槳。同時(shí)，縮小內(nèi)部的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的直徑，使涵道比急劇升高，并且把風(fēng)扇外的整流罩去掉，會(huì)出現(xiàn)什么呢？它又變身了！變成了渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)。

   變身為渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)后，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的性質(zhì)就變了，不再依靠噴出的尾流對(duì)飛機(jī)做功，而主要是依靠渦輪帶動(dòng)螺旋槳軸的旋轉(zhuǎn)做功。它主要被用作大型運(yùn)輸機(jī)，支線民航客機(jī)，反潛巡邏機(jī)和一些遠(yuǎn)程轟炸機(jī)的動(dòng)力裝置。蘇聯(lián)的NK-12渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)是世界上最大的渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，裝在圖-95“熊”遠(yuǎn)程轟炸機(jī)上，由于它的旋轉(zhuǎn)速度極高，槳尖速度超過(guò)了音速，所以會(huì)產(chǎn)生巨大的“音爆”噪聲，要是你曾經(jīng)近距離接觸過(guò)它，它的對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳發(fā)出的巨大噪聲將會(huì)讓你終身難忘-----圖-95服役初期，很多它的機(jī)組成員就是因?yàn)闆](méi)有做好防御措施而被這種吵鬧的發(fā)動(dòng)機(jī)震成了聾子。

   要是渦輪出口噴出的乏氣不是直接從尾噴管?chē)姵?，而是再用?lái)帶動(dòng)下一個(gè)渦輪進(jìn)行做功，從而讓這個(gè)渦輪去帶動(dòng)一根渦輪軸對(duì)外輸出軸功，那么，它就成了渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，現(xiàn)代的直升機(jī)大部分都是以渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置的。某些型號(hào)的主戰(zhàn)坦克也采用渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置，事實(shí)上，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是燃?xì)廨啓C(jī)的一種，燃?xì)廨啓C(jī)的用途更加廣泛：發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)，海上的戰(zhàn)艦，天空中的飛機(jī)，直升機(jī)，地上的坦克，機(jī)車(chē)頭……都是可以以燃?xì)廨啓C(jī)作為動(dòng)力裝置使用的！圍繞渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，可以構(gòu)建出一個(gè)龐大的家族譜系。

   繼續(xù)回到渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)，現(xiàn)代高性能戰(zhàn)斗機(jī)往往對(duì)于機(jī)動(dòng)性有著極高的要求，這就需要它們必須能夠提供足夠大的額外推力。該怎么辦呢？有些渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)在渦輪的后面還安裝有一個(gè)額外的燃燒室，這樣從渦輪噴出的乏氣還可以在這個(gè)燃燒室內(nèi)和燃油混合再進(jìn)行一次燃燒，從而讓尾氣獲得更大的動(dòng)能，使發(fā)動(dòng)機(jī)的推力增大。這種燃燒室叫做加力燃燒室。而這類(lèi)渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)也被叫做加力式渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)了。

   正因?yàn)闇u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)這么厲害，所以，很多時(shí)候人們把它稱(chēng)作“核心機(jī)”，也叫燃?xì)獍l(fā)生器，因?yàn)樗呛娇諟u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的核心。在各工業(yè)強(qiáng)國(guó)，無(wú)不把核心機(jī)的技術(shù)突破作為重中之重，原因無(wú)它：只要核心機(jī)的技術(shù)掌握了，那么所有的飛機(jī)，戰(zhàn)艦，甚至坦克和民用發(fā)電的動(dòng)力裝置遇到的難題都可以迎刃而解。真是一通百通！

航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)：它為什么是“工業(yè)王冠上的明珠”？

   世界上可以造出飛機(jī)的國(guó)家很多，但是具備獨(dú)立研制高性能航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的國(guó)家屈指可數(shù)，它的核心技術(shù)至今仍然被牢牢的掌握在極少數(shù)工業(yè)超級(jí)強(qiáng)國(guó)手中。世界上所有的民航客機(jī)其發(fā)動(dòng)機(jī)基本都被英國(guó)的羅爾斯·羅伊斯公司，美國(guó)的通用電氣公司，法國(guó)的國(guó)營(yíng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司等幾家工業(yè)巨頭壟斷。從這一點(diǎn)上我們可以看出，航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)絕非一般的東西，事實(shí)上，它是人類(lèi)歷史上所建造過(guò)的最復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備之一，涉及到了工程熱力學(xué)，傳熱學(xué)，空氣動(dòng)力學(xué)，控制理論，固體力學(xué)，結(jié)構(gòu)，材料，計(jì)算機(jī)等多個(gè)學(xué)科最前沿的領(lǐng)域。

   一臺(tái)航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的核心技術(shù)，可以說(shuō)是不勝枚舉：

   壓氣機(jī)和風(fēng)扇段，需要考慮的問(wèn)題是要有更高的壓縮效率，更大的壓縮比和更高的喘振裕度。隨著人們對(duì)工程熱力學(xué)和流體力學(xué)的不斷發(fā)展，特別是計(jì)算流體力學(xué)（CFD）等工具的使用，壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)水平也在被基礎(chǔ)科研的帶動(dòng)下逐步提高。不斷開(kāi)發(fā)新的數(shù)值計(jì)算方法和新的設(shè)計(jì)體系，應(yīng)該是新型壓氣機(jī)研制的重點(diǎn)攻關(guān)方向。這就需要有強(qiáng)大的基礎(chǔ)科研能力。

   燃燒室的設(shè)計(jì)，燃燒室是一個(gè)長(zhǎng)度不超過(guò)200mm的小段，但內(nèi)部極其精妙：既要保證內(nèi)部的流場(chǎng)合理，使燃料-空氣混合物可以充分的燃燒保障足夠高的燃燒效率，又需要有很高的耐熱能力。這樣就對(duì)其設(shè)計(jì)和加工提出了極高的要求：燃燒室內(nèi)的混合氣體性質(zhì)特殊，目前尚無(wú)良好的數(shù)值分析工具進(jìn)行精確的模擬，所以只能依靠實(shí)驗(yàn)。而燃燒室要承受高壓和2000多攝氏度的高溫，又需要有很強(qiáng)的冷卻系統(tǒng)，制造它的材料也要有很高的耐高溫性能。美國(guó)已實(shí)施的發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件技術(shù)計(jì)劃(HOST)和高性能渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)綜合計(jì)劃(IHPTET)中專(zhuān)門(mén)針對(duì)燃燒室的設(shè)計(jì)，試驗(yàn)和制造進(jìn)行了很多專(zhuān)門(mén)的研究，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

   渦輪的設(shè)計(jì)：這是最復(fù)雜的部分，這里的工作環(huán)境可以用“三高”來(lái)描述：高溫，高壓，高速。對(duì)渦輪的設(shè)計(jì)和制造也就提出了極其苛刻的要求。為了保證渦輪不被高溫所熔化，渦輪葉片必須采用抗高溫的材料制造，表面要有耐溫涂層，同時(shí)內(nèi)部還要有非常精密的氣流冷卻系統(tǒng)，一般有氣膜冷卻，沖擊冷卻，對(duì)流等卻等手段。目前，各主要工業(yè)國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了對(duì)開(kāi)葉片、擴(kuò)散連接的葉片，多孔層板葉等多種形式的葉片。同時(shí)，由于巨大的離心力作用，渦輪葉片需要在高溫下有很高的機(jī)械性能。現(xiàn)在一般采用單晶鑄造葉片。今天的渦輪葉片，也成為了另一個(gè)可以用“三高”來(lái)描述的東西：高性能材料，高性能冷卻系統(tǒng)和高水平的機(jī)械加工。而帶有冷卻孔的單晶渦輪葉片需要使用激光熔焊技術(shù)，被工業(yè)界一致認(rèn)為是世界上加工難度最大的零部件。

   不光是這些，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)精密，擁有幾萬(wàn)個(gè)零部件，是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程。所以需要用系統(tǒng)論的思想進(jìn)行研究。這么多零件需要同時(shí)工作，對(duì)可靠性又提出了很高的要求，必須從工業(yè)工程的角度進(jìn)行解決。此外，涉及的大量技術(shù)是理論無(wú)法解決，所以必須配套有全面的試驗(yàn)設(shè)施，相關(guān)的材料生產(chǎn)，基礎(chǔ)科研，機(jī)械加工，軟件硬件等。這一切需要的又是大量的資金和投入。而以上的一切，都需要的是高度發(fā)達(dá)的管理手段。所以研制航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，是一個(gè)集管理，資金和技術(shù)都高度密集的工作。

   正因?yàn)槠涓呒夹g(shù)難度，所以航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)即使對(duì)于一個(gè)高度發(fā)達(dá)的工業(yè)強(qiáng)國(guó)，也必須付出長(zhǎng)達(dá)幾十年的努力才能最終掌握并完善其核心技術(shù)。而且，所有的航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)國(guó)都不約而同的采用了相同的研發(fā)模式：基礎(chǔ)科研先行，核心機(jī)技術(shù)突破和系列化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。即首先下大力氣從零做起加強(qiáng)基礎(chǔ)科研的水平，然后再集中力量將核心機(jī)的技術(shù)突破，研制新一代的核心機(jī)，再以該核心機(jī)為基礎(chǔ)搞出系列化的產(chǎn)品以適應(yīng)不同的需要。一個(gè)典型的例子是美國(guó)，美國(guó)軍/民用的航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)目前已經(jīng)發(fā)展了四代，但是其核心機(jī)卻已經(jīng)發(fā)展了七代！而基礎(chǔ)科研更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在了世界各國(guó)的前面，是當(dāng)之無(wú)愧的航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)第一強(qiáng)國(guó)。這也是目前探索出來(lái)的摘取這顆“工業(yè)王冠上的明珠”可以走得通的唯一一條道路。

   “工業(yè)王冠上的明珠”是人們對(duì)航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的美譽(yù)，作為人類(lèi)智慧的結(jié)晶，它只能屬于那些最偉大的國(guó)家。 

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