航空發動機：奔騰不息的強勁之“心”

青云

如果我們的心臟罷工，那么我們就失去了生命的動力。同樣，如果飛機的發動機罷工，飛機就會從空中墜落而釀成災難。因此，飛機所用的航空發動機就相當于它的“心臟”，是飛機制造中最核心的系統，也是體現飛機先進性最重要的部件。一個國家要想在藍天競爭中占據一席之地，必須要擁有自己制造的先進航空發動機。

千錘百煉以確保萬無一失

我們在乘坐飛機時，或許會注意到飛機兩側機翼下掛著幾個大“桶”，那就是航空發動機的可見部分。這種發動機稱為渦扇發動機，全稱為渦輪風扇發動機。渦扇發動機性能可靠，足以承載數百噸重的飛機，并讓飛機以800千米的時速穿越陸地和海洋上空，持續航行數千千米，在長途飛行中幾乎不出故障。目前，民用大型客機大多采用的是這種發動機。我們所熟知的空客A380、波音747等大型客機，包括我國正在研制的C919大型客機，都采用渦扇發動機。

渦扇發動機由風扇、壓氣機、燃燒室、渦輪、噴管等5部分組成，其核心部件不是我們所能看到的“桶”，而是內部的壓氣機、燃燒室和渦輪，這些部件也正是研制的難點所在。空氣從渦扇發動機的進氣口流入，經過壓氣機壓縮后，在燃燒室與煤油混合燃燒，高溫高壓燃氣經由渦輪、噴管膨脹，最后從尾噴口高速噴出。渦扇發動機的推力一部分來自噴出燃氣所產生的反作用力，另一部分是渦輪驅動風扇，風扇旋轉驅動空氣噴出而給予飛機的一個反作用力。

這個反作用力非常大，且首先作用于小小的風扇和渦輪上，此刻它們就好比承受了一個幾十噸甚至幾百噸的重物。因此，對風扇和渦輪的材料強度要求特別高，設計也必須特別精巧，稍有不慎，反作用力就可能折斷扇葉或者使扇葉出現裂痕，從而導致重大事故。因此，一款航空發動機從設計到真正裝配到飛機上，必須要千錘百煉，經過各種各樣的測試，確保萬無一失。

工業制造王冠上的明珠

就像心臟的結構看似簡單，但人工制造卻不易一樣，渦扇發動機的組成部分看似簡單，實則研制不易。因為它不僅要提供強勁動力，而且還要克服運行過程中產生的高溫高壓，因而對材料和設計的要求都很高。航空發動機以高溫、高壓、高轉速和高負荷這“四高”為技術難點，它考驗的是一個國家材料工業和制造工藝最尖端的加工能力。由英國羅爾斯·羅伊斯公司為空客A380生產的渦扇發動機，其內部的最高溫度可達到太陽表面溫度（6000攝氏度）的一半，發動機內部的壓力達到50個大氣壓，3米多長的渦輪葉片，轉速高達2000千米/時。

航空發動機生產工藝決定了這臺發動機的整體性能，從燃燒室轉子葉片上就能分辨出一個國家的制造工藝水平的高低。燃燒室溫度往往高達兩三千攝氏度，一般的鋼鐵放進去就熔化了，因而需要特制的合金鋼葉片。葉片根部有許多的小孔是用來釋放散熱空氣的。當發動機啟動時，輪軸里散出來的熾熱空氣會通過這些小孔流到葉片外面去，葉片旋轉時產生的熱量就會減少。這些小孔很關鍵，每個孔的數量和形狀都經過精心計算，數量多了，承受轉動力不夠；數量少了，散熱不佳，如果計算失誤了就需要重新設計。

如果說飛機、火箭、飛船等航空航天器是“工業制造的王冠”，那么渦扇發動機等航空航天發動機則是王冠上的明珠，也有人稱之為“工業之花”。航空發動機是人類工業革命以來重要的技術成果之一，其技術含量之高，可作如下對比：如果說船舶每單位重量包含的價值為1，那么轎車為9，彩電為50，電腦為300，噴氣式飛機為800，航空發動機則為1400。

C919大型客機的“中國心”

航空發動機的研制需要用到多種新理論、新材料和新工藝，要做到“知其然”都難。對于國外一些先進的渦扇發動機來說，在沒有操作手冊的情況下，要將渦扇發動機正確拆開都是一件極為困難的事情。因此，很難像一些人開玩笑所說的那樣：“山寨”一個航空發動機。當然，我們不能總是幻想著能模仿國外先進的渦扇發動機，開發自主知識產權的航空發動機才是必由之路。

我國與發達國家研制發動機的差距主要在于設計經驗與測試實驗上。比如，西方國家在研制發動機的時候會有很多領域的測試實驗：有測風扇的，有測渦輪的，有測燃燒室的……這樣一來設計師就會對每一個部分的性能和壽命都了如指掌，也就知道了整個發動機的性能是如何的，要改進也就容易多了。如果沒有這樣一套測試平臺，我們就得用整臺發動機進行破壞性的測試，這就需要花費好多的發動機樣機了，成本也會隨之上漲。

國產C919大型客機第一批發動機將使用進口發動機——由美法合資的CFM公司制造的LEAP-X1C發動機，這也是即將應用于空客A320上的新一代發動機。比起以往的民航客機發動機，LEAP-X1C發動機在技術上更為先進，具有更好的燃油經濟性和更低的二氧化碳排放量。這種發動機的強度也很好，風扇葉片采用的是碳纖維復合材料，渦輪部件采用的是陶瓷基復合材料。

C919大型客機未來將采用的第二批發動機是國產的，目前正在研制之中，由中航商用發動機公司承擔研制。C919大型客機項目常務副總設計師陳迎春曾經表示，國產發動機的研制需要時間，也許幾年，也許十幾年以后，就能為大飛機裝上“中國心”。只有擁有自主研發的先進發動機，才能讓中國大飛機的成本持續下降、競爭力繼續增強，并最終翱翔于藍色天空。