航发那些事，给飞机提速插上了梦想的翅膀

把飞机送上天

飞机靠推进系统提供的动力飞上蓝天，产生推力推动飞机前进的整套动力装置称为飞机推进系统。现代战斗机的推进系统一般由涡轮风扇（或涡轮喷气）发动机和进、排气系统所组成。飞机推进系统的核心是航空发动机，它作为飞机的“心脏”，在航空技术的发展过程中起着关键性的作用。

19世纪末，20世纪初，活塞发动机的发明和应用之后使人类实现了飞行梦。在20世纪前半叶，装有活塞发动机的螺旋桨飞机主宰了天空，并在两次世界大战中大显身手，改变了人类的战争模式，同时也推动了民用航空事业的发展，功不可没。

20世纪40年代，喷气发动机的出现，使飞机突破声障，实现了超声速飞行，并从此进入喷气飞行时代；大涵道比涡扇发动机和宽体客机的出现，使得航空运输的成本大大降低，并实现了不着陆越洋飞行。飞行不再是少数冒险家追求刺激的方式，而成为普通大众不可缺少的一种交通工具。

21世纪，航空动力技术呈现加速发展态势，将有可能研制出超过声速5倍到10倍的高超声速飞行器及空天飞机，使人类进入更加经济、安全、快速、便捷的高超声速及大气层-外层空间天地往返航行时代，开辟人类航空史上的新纪元。

很显然，航空发动机不仅是飞机的动力，而且也是航空技术发展的推动力。人类在航空领域中取得的每一次重大的革命性进展，无不与航空动力技术的突破和进步相关。飞机的需求和发展又促使发动机向更高水平迈进，两者相得益彰，促进了整个航空事业的蓬勃发展，已成为一个国家科技水平、军事实力和综合国力的重要标志之一。

自1939年装有喷气发动机的飞机首次成功飞行而进入航空喷气时代以来，以喷气发动机为核心的飞机推进系统有了飞速的发展。随着对飞机性能需求的不断提高，有力地促进了飞机推进系统参数及特性的改善以及新型推进系统的研究与发展。

航发的发展历程

在第二次世界大战前及其进行期间，飞机上使用的动力装置都是由航空活塞式发动机和螺旋桨组成。活塞式发动机具有油耗低、成本低、工作可靠等特点，在喷气式发动机发明之前的近半个世纪内，是唯一可用的航空飞行器的动力。

由于发动机功率与飞机飞行速度的三次方成正比，随着飞行速度的提高，要求发动机功率大大增加，从而使其质量和体积都随之迅速增加；另一方面，在接近声速时，螺旋桨的效率会急剧下降，也限制了飞行速度的提高。因此，要进一步提高飞行速度，尤其要达到或超过声速，必须采用新的动力装置。

喷气式发动机可以产生很大的推力，而自身重量又很轻，从而大大提高了飞机的飞行速度。世界上第一架以喷气发动机为动力的德国亨克尔He.178飞机在1939年首次试飞时就达到了700km/h 的飞行速度，已接近活塞发动机飞机的极限速度，宣告了一个新的航空时代的到来。

第二次世界大战结束后，随着工业技术水平的提高和冷战的需要，美、苏、英、法等国家纷纷研制发展喷气式发动机，首先用于战斗机上，随后用于轰炸机和民航客机上，引发了一场航空工业的“喷气革命”。

自第一台涡轮喷气式发动机问世后，喷气式战斗机发动机得到了迅猛的发展。自20世纪40年代以来，按发动机推重比的大小划分，喷气式战斗机发动机已研制发展了四代。国际上以F110发动机为代表的推重比8级的第三代发动机，已经趋于完善和成熟。以F119为代表的推重比10级的第四代发动机已经投入使用，具有高性能（高推重比等）、高可靠性、长寿命、低油耗、低信号特征、低全寿命期费用等特点，可满足战斗机的超声速巡航能力、良好生存性／隐身性、高机动性与敏捷性和低全寿命期费用等要求。

在美国和欧洲的一些国家实施的综合高性能涡轮发动机技术（IHPTET）计划和先进军用核心机（ACME）计划等开发和验证的技术保障下，已经开始对第五代战斗机发动机进行预研。

喷气式战斗机发动机的发展

20世纪40年代，在对飞机快、高、远的需求下，航空喷气发动机研制成功并开始广泛应用，为飞机突破声障提供了动力。20世纪50年代，喷气式发动机技术逐渐成熟。20世纪60年代，涡轮风扇发动机投入使用，加力涡轮风扇发动机也开始应用到各种不同飞行高度的多工作状态的军用战斗飞机上。

20世纪70年代，第三代战斗机的投入使用和第四代战斗机战技指标的提出，对飞机推进系统提出了更高的要求，出现了具有很高的热力性能和结构工艺水平的新一代涡轮风扇发动机，及第三代发动机的研制成功和第四代发动机的开展预研。第三代发动机是指推重比8级的涡扇发动机，其典型的代表性发动机有：F110、F110、АЛ-31Ф、РД-33等，是美国和俄罗斯等国家现役主力战斗机（F-15、F-16、СУ27和МиГM29等）的动力装置。第三代发动机的性能特点是：推重比7.0~8.0，压气机平均级增压比为1.3~1.4，总增压比21~35，燃烧室温升为850K~95OK，高压涡轮单级落压比可达3.5~4.2，涡轮进口温度达到1600K~1750K，加力温度达到2000K~2100K。

F119发动机由3级风扇、6级压气机、环形浮动壁燃烧室、单级高、低压涡轮、加力燃烧室和二元推力矢量喷管构成，具有结构简单可靠、耐久性高、可维护性和保障性好等特点。第四代战斗机发动机与第三代战斗机发动机相比，第四代战斗机发动机的涵道比较小，为0.2~0.4；总增压比稍有提高，为26~35；涡轮前燃气温度为1850K~2000K；3级风扇的增压比也有所增加，达到4.0左右；推重比明显增大，达到9.0~12.0；耗油率降低了8%~10%；可靠性提高了一倍；耐久性提高了二倍。

第四代战斗机发动机的风扇为2级~3级；高压压气机为5级~6 级；燃烧室多为短环形燃烧室；高压涡轮均为单级；低压涡轮为1级~2级；加力燃烧室多为内外涵燃烧、结构一体化的短加力燃烧室；喷管采用多种形式，如采用二元推力矢量喷管、轴对称收敛扩散喷管、二元收敛扩散喷管等。

第四代战斗机发动机采用的先进技术有复合材料风扇机匣，风扇和压气机叶片采用三维气动设计（掠形叶片、弓形静子），整体叶盘，空心叶片，阻燃钛合金压气机叶片，燃烧室三维数值计算和模拟技术，高紊流度强旋流结构，双旋流的空气雾化喷嘴，带旋流的预混喷嘴，强旋流混合头部，浮动壁火焰筒，多孔冷却火焰筒，多孔层板火焰筒，对转涡轮，铸冷涡轮叶片，多孔层板涡轮叶片，“超冷”涡轮叶片，单晶材料叶片，粉末冶金盘，物理气相沉积热障涂层，径向加力燃烧室，推力矢量喷管，陶瓷基复合材料喷管调节片，刷式密封等。

通过采用上述先进技术，使第四代战斗机发动机提高了总增压比和风扇增压比，提高了涡轮前燃气温度和跨声速压气机、涡轮的效率，降低了涵道比，减轻了质量，进而大大提高了性能、可靠性和耐久性。

顺势而为，航发的发展之路

进入20世纪90年代以来，为适应“空中优势”战斗机的需求，对发动机推力矢量技术的发展提出了更为迫切的要求，同时在超声速巡航、隐身性能、短距起降等方面也有了更高的需求。20世纪90年代，随着带推力矢量技术先进战斗机的试飞成功，推力矢量控制已经成为战斗机机体／发动机一体化，以及飞行/火力控制一体化综合控制中的关键技术，也被公认为是当今高性能战斗机的基本要求和标准技术。

为飞机实现过失速超机动性、高敏捷性、短距起降性能、低可探测性和超声速巡航打下了坚实的基础。在发展涡轮风扇发动机技术的同时，人们积极开展新概念发动机的探索研究，如脉冲爆震发动机和超燃冲压发动机，并已取得重大突破。未来随着更多性能优异的国产发动机的诞生，将会助力国产先进战机飞得更高，更远。